JPH0378423B2 - - Google Patents
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- JPH0378423B2 JPH0378423B2 JP61068259A JP6825986A JPH0378423B2 JP H0378423 B2 JPH0378423 B2 JP H0378423B2 JP 61068259 A JP61068259 A JP 61068259A JP 6825986 A JP6825986 A JP 6825986A JP H0378423 B2 JPH0378423 B2 JP H0378423B2
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Description
本発明は多孔性重合体構造体に関するものであ
る。更に特に、本発明は容易に製造できかつ、三
次元の、細胞状微細構造体を特徴とする微孔性重
合体構造体に関するものである。
微孔性重合体構造体を製造するために幾つかの
すこぶる異なる技術が以前に開発されている。こ
の技術は当業者に古典的転相(phaseinversion)
と称されるものから、核衝撃、基質へ微孔性固体
粒子の配合と続く浸出、ある方式で微孔性粒子を
共に焼結することに及んでいる。この分野におけ
る従来の努力はなお他の技術、並びに古典的又は
基礎的技術と考えられるものの無数の変型を伴つ
ている。
微孔性重合体生成物の重要性はこの種の材料に
対する無数の可能な適用により生じている。この
可能な適用な周知であり、かつインクパツド等か
ら皮状呼吸性シート、フイルター媒体に及ぶ。し
かも、可能な適用のすべてに関して、商業的使用
は比較的控えめであつた。そして商業的に使用さ
れた技術は種々の限界を有し、これがこの適用を
微孔性生成物に対する可能なマーケツトに達する
ように拡張するのに必要な多様性を許さない。
前記のように、ある市販の微孔性重合体生成物
は核衝撃技術により作られる。この技術はかなり
狭い孔径分布を得ることができる;しかしなが
ら、重合体が製造中劣化しないことを確保するに
は孔容積が比較的低くなければならない(即ち、
約10%以下のボイドスペース)。多くの重合体は
腐食する重合体の性能の欠除によりこの技術に使
用できない。なお更に、この技術は重合体の比較
的薄いシート又はフイルムが使用されることを必
要とし、そして特大の孔の形成を生ずる、“ダブ
ルトラツキング(double tracking)”を避けるた
め工程を実施する際に著しい専門的知識が使用さ
れねばならない。
セルロースアセテートからの微孔性重合体及び
特定の他の重合体を形成するために古典的転相が
また商業上使用されている。古典的転相はアー
ル・イー・ケスチング(R.E.Kesting)の
SYNTHETIC POLYMERIC MEMBRANES、
マグローヒル、1971年に詳細に記載されている。
特にこの文献の第117頁には古典的転相は少くと
も三つの成分、重合体、この重合体のための溶媒
及びこの重合体のための非溶媒の使用を含むこと
が明白に記載される。
樹脂、溶媒、及び膨潤剤及び/又は非溶媒を含
有する流し込み溶液からポリカーボネート樹脂膜
の形成を教示する米国特許第3945926号がまた参
照できる。前記の特許の第42−47行、第15欄に、
膨潤剤の全くの不存在では転相は通常には起こら
ず、そして低濃度の膨潤剤では閉鎖細胞を有する
構造体が生ずることが記載される。
前記の論議から、古典的転相は室温で系のため
の溶媒の使用を必要とし、このため多くの他の有
用な重合体はセルロースアセテートのような重合
体に置換できないことが極めて明白である。また
この工程の立場から、この古典的転相法は一般に
続いて抽出されねばならない。溶液の製造に使用
される多量の溶媒の使用によるフイルムの形成に
限定される。また古典的転相は所望の形状の構造
体を得るため比較的高度の工程制御を必要とする
ことが明らかである。かくして溶媒、非溶媒及び
膨潤剤の相対濃度は米国特許第3945926号の第14
−16欄に論議されるように、臨界的に調整されね
ばならない。逆に、結果の構造体の数、寸法及び
均質性を変更するためには、試行錯誤により前記
のパラメーターを変えねばならない。
高密度ポリエチレンからポリフツ化ビニリデン
に及ぶ重合体の微孔性粒子を焼結することによつ
て他の市販の微孔性重合体が作られる。しかしな
がら、多くの適用に対して必要な狭い孔径分布を
有する生成物を得ることはこの技術では困難であ
る。
著しい従来の試みの主題であるなお別の一般的
技術は種々の液体と重合体を加熱して分散又は溶
液を形成すること、その後冷却すること、続いて
溶媒等で液体の除去を含む。この種の方法は例示
のみでありかつ蓄積ではない下記の米国特許に記
載される:第3607793号;第3378507号;第
3310505号;第3748287号;第3536796号;第
3308073号及び第3812224号。前記の技術は多分従
来開発された特定方法の経済的可能性の欠除によ
り、あつたとしてもかなりの程度まで商業上利用
されたとは思われない。また、この従来法は代表
的に所望される孔径及び孔径分布と微細胞状構造
体を組合わせた微孔性重合体の製造を許さない。
従来技術により得られた微孔性重合体に関し
て、これまで公知の方法は比較的狭い孔径分布を
有しながら約0.1ないし約5ミクロンの範囲内に
孔径の大部分を有する等方性オレフイン系又は酸
化重合体を生ずることができず、かくして試料を
通して高度の孔径均一性を示すことができなかつ
た。若干の従来技術のオレフイン系又は酸化重合
体は前記の範囲内に、しかし比較的狭い孔径分布
なしに孔径を有し、従つて高度の選択性を必要と
するろ過のような適用分野においてこの材料をあ
まり価値のないものにする。更に、比較的狭い粒
径寸法分布を有すると考えられる従来の微孔性オ
レフイン系又は酸化重合体は前記の範囲外であ
り、限外ろ過のような適用分野に使用のために
は、通常には実質上より小さい孔径を有する、絶
対孔径を有している。最後に、若干の従来技術の
オレフイン系重合体は前記の範囲内の孔径及び比
較的狭い孔径分布であると考えられるものを有し
ている。しかしながら、この材料は結果の等方性
材料に高度の配向を付与し、多くの適用分野に対
してこれを望ましくないものとする延伸のような
技術の使用によつて作られている。かくして、約
0.1ないし約5ミクロンの範囲内の孔径を有しか
つ比較的狭い等方性孔径分布を有することを特徴
とする微孔性オレフイン系及び酸化重合体に対す
る必要性が存在している。
また従来利用し得る多くの微孔性重合体の主要
な欠点はマイクロろ過膜のような構造体に使用さ
れた時にこの重合体の低い流速である。この低い
流速に対する主要な理由の一つは多くのこの重合
体の代表的に低いボイド容積である。かくして、
重合体構造体の多分20%又はそれ以下がろ液が流
れる“ボイド”容積であり、構造体の残りの80%
が微孔性構造体を形成する重合体樹脂である。か
くして、また特にオレフイン系重合体に関して、
高度のボイド容積を有する微孔性重合体に対する
必要性が存在している。
前記のカストロ(Castro)及びストール
(Stollの出願は特定の型式の液状アミン帯電防止
剤を固体として挙動する材料に変換する極めて有
益な方法を記載する。結果として生ずる処理の利
点は真実でありかつ顕著である。難燃剤等の他の
有用な機能性液体を固体として挙動する材料に変
換できることは同様に有益である。
従つて本発明の目的は狭い孔径寸法を特徴とす
る微孔性重合体生成物を供することにある。
他の目的は微孔性重合体の経済的製造を許す容
易な方法を供することにある。
なお別の目的は非常に多数の有用な熱可塑性重
合体に対する適用性を有する微孔性重合体生成物
の製法を供することにある。関連したかつ更に特
別の目的はポリオレフイン、縮重合体及び酸化重
合体から微孔性重合体を容易に形成できる方法を
供することにある。
本発明のなお別の目的は薄いフイルムから比較
的厚いブロツクに及ぶ構造体で微孔性重合体を供
することにある。
別の目的は固体の特性を有する材料へ機能性液
体の変換を供することにある。
本発明の他の目的及び利点は下記の論議と添付
図面から明らかになろう。
本発明は種々の変型及び別の形を受け易い一
方、ここに好適具体例を詳細に示す。しかしなが
ら、本発明を記載の特定形に限定するつもりはな
いことは了解されるべきである。これに対して、
特許請求の範囲で表現した本発明の精神と範囲内
にすべての変型と別の形を包含するものである。
現在最初に前記の重合体及び下記に論議する相
溶性液体を均質溶液の形成するのに十分な温度と
時間で加熱することによつて任意の合成熱可塑性
重合体が微孔性に変えられることが判明した。次
にこのように形成された溶液は所望の形状をとる
にまかされそして続いて熱力学的に非平衡の液液
相分離が開始するのに十分な速度と温度にこの形
状で冷却される。溶液は所望の形状で冷却される
ので、溶液が冷却を受けている間混合又は他のせ
ん断力は適用されない。固体が生ずるようにこの
冷却が続けられる。この固体は物理的劣化を引き
起こすことなしに、これが取扱われることが許さ
れように十分な機械的一体性を得ることのみ必要
である。最後に、相溶性液体の少くとも実質上の
部分が生成する固体から除去されて所望の微孔性
重合体を形成する。
本発明の特定の新規な微孔性オレフイン系及び
酸化重合体は水銀侵入多孔度計により測定して、
狭い孔径分布を特徴とする。この狭い孔径分布は
下記に詳細に説明されるシヤープネス関数“S”
として分析的に表わすことができる。本発明のオ
レフイン系及び酸化重合体の“S”値は約1ない
し約10の範囲に及ぶ。また本発明の前記の重合体
は約0.10ないし約5ミクロンの範囲に及ぶ平均孔
径を特徴とし、約0.2ないし約1ミクロンが好適
である。更に、この微孔性生成物は実質上等方性
であり、従つて任意の空間平面に沿つて分析した
時に本質上同一の断面形状を有する。
本発明の別の面では、合成熱可塑性重合体、特
にポリオレフイン、エチレン−アクリル酸共重合
体、ポリフエニレンオキシド−ポリスチレン配合
物、又は前記の重合体の一つ又はそれ以上の配合
物と相溶性液体の混合物が均質溶液を形成するの
に十分な温度と時間に加熱されるように微孔性重
合体を製造する方法が行なわれる。次にこの溶液
が冷却され、かくして実質上同一の時間で実質上
同一の寸法の多数の液滴を形成する。次にこの冷
却が続けられて重合体を固化しそして少くとも液
体の実質上の部分が生成する固体から除去されて
所望の細胞状重合体構造体を形成する。
前記の方法により細胞状の、三次元の、ボイド
微細構造体、即ち実質上球状の形及び隣接の細胞
と内部連絡する孔又は通路を有する一連の閉鎖さ
れた細胞を特徴とする微孔性重合体生成物を生ず
る。この細胞は三次元を通して均一に間隔が置か
れ、そして内部連絡する孔は水銀浸入により測定
して寸法分布で比較的狭い直径を有する。参照を
容易にするため、このような構造を有する微孔性
重合体は、“細胞状”と称される。
本発明の関連面は固体として挙動しかつ比較的
多量の機能的に有用な液体、例えば難燃剤を含む
重合体添加剤等を含有する新規な微孔性重合体生
成物を供する。この方式では、有用な液体は例え
ばマスターバツチとして直接使用できる固体材料
の処理利点を得る。この生成物は相溶性液体とし
て機能性液体を使用しかつこの相溶性液体の除去
を行なわないことにより直接に、又は相溶性液体
の除去後微孔性重合体に再負荷するか又は機能性
液体を配合するように除去前に相溶性液体を置き
換るかの何れかにより間接に形成できる。
広義に、本発明の方法の実施は適当な相溶性液
体と共に所望の重合体を加熱して均質溶液を形成
すること、適切な方法でこの溶液を冷却して固体
材料を形成すること、そして続いて液体を抽出し
て微孔性材料を形成することを含む。本発明を実
施する際に含まれる配慮を下記に詳細に記載す
る。
重合体の選択
前記のように、本発明は驚くべきことには任意
の合成熱可塑性重合体を微孔性に変換する技術を
供する。従つて、本発明の方法はオレフイン系重
合体、縮重合体及び酸化重合体に適用される。
有用な非アクリル系ポリオレフインの例は低密
度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリ
ロニトリル−ブタジエン−スチレンターポリマ
ー、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチ
レンブタジエン共重合体、ポリ(4−メチル−ペ
ンテン−1)、ポリブチレン、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリビニルブチラール、塩素化ポリエチレ
ン、エチレン−ビニルアセテート共重合体、ポリ
ビニルアセテート、及びポリビニルアルコールで
ある。
有用なアクリル系ポリオレフインはポリメチル
−メタクリレート、ポリメチル−アクリレート、
エチレン−アクリル酸共重合体及びエチレン−ア
クリル酸金属塩共重合体を含む。
ポリフエニレンオキシドは使用できる酸化重合
体の例である。有用な縮重合体はポリエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ナ
イロン6、ナイロン11、ナイロン13、ナイロン
66、ポリカーボネート及びポリスルホンを含む。
相溶性液体の選択
かくして、本発明を実施するために微孔性に変
えられるべきである合成熱可塑性重合体を最初に
選択することが必要である。重合体を選択する
と、次の工程は適切な相溶性液体そして使用され
るべき重合体と液体の相対量の選択である。勿
論、一つ又はそれ以上の重合体の配合物が本発明
の実施例に使用できる。機能的に、透明な均質溶
液を形成するのに必要な温度にかきまぜながらこ
の重合体と液体が加熱される。溶液がいかなる溶
液濃度でも形成できない場合には、この液体は不
適当でありかつ特定の重合体に関して使用できな
い。
選択性の故に、特定の重合体と共に特定の液体
の操作性を予定する完全な予測は不可能である。
しかしながら、若干の有用な一般的指針を述べる
ことができる。従つて含まれる重合体が無極性で
ある場合には、溶液温度で類似の溶解度パラメー
ターを有する無極性液体が更に有用であるようで
ある。このパラメーターが利用できない時には、
一般的指針のために更に容易に利用し得る室温溶
解度パラメーターを挙げることができる。同様
に、極性重合体に関して、類似の溶解度パラメー
ターを有する極性有機液体が最初に調べられるべ
きである。また、液体の相対極性又は無極性は重
合体の相対極性又は無極性と一致されるべきであ
る。更に、疎水性重合体に関して、有用な液体は
代表的には殆ど又は全く水溶解度を有しない。他
方、親水性である傾向を示す重合体は一般に若干
の水溶解度を有する液体を必要とする。
適切な液体に関して、脂肪族及び芳香族酸、脂
肪族、芳香族及び環状アルコール、アルデヒド、
第一及び第二アミン、芳香族及びエトキシル化ア
ミン、ジアミン、アミド、エステル、及びジエス
テル、エーテル、ケトン及び種々の炭化水素及び
複素環を含む、種々の型式の有機化合物の特定種
が有用であることが判明した。しかしながら、こ
の概念は極めて選択的であることが注目されるべ
きである。かくして、例えば、すべての飽和脂肪
族酸は有用ではなく、そして更に高密度ポリエチ
レンに対して有用なすべての液体が一例としてポ
リスチレンに対して必ずしも有用ではない。
認められるように、任意の特定系に対して重合
体と液体の有用な比率は続いて論議されるパラメ
ーターの数値から容易に展開できる。
了解されるように一つ又はそれ以上の重合体の
配合物が使用される場合には、有用な液体は代表
的には含まれる重合体のすべてと共に操作可能で
なければならない。しかしながら液体が使用され
るすべての重合体と共に操作可能である必要なな
いような特性を重合体配合物が有することが可能
である。一例として、一つ又はそれ以上の重合体
成分が配合物の性質に著しく影響しないような比
較的少量で存在する場合には、使用される液体は
主要な重合体又は複数の重合体と共に操作可能で
ある必要がある。
また、最も有用な材料が周辺温度で液体である
一方、溶液が上昇温度で重合体を用いて形成で
き、そして材料が微孔性構造体の形成を妨害しな
い限り、室温で固体である材料が使用できる。更
に特に、下記に論議する冷却工程中液体−固体分
離よりそして液−液分離により相分離が起こる限
り固体材料が使用できる。使用される液体の量は
一般に約10ないし約90%で異なる。
ここで論議するように選択された液体が重合体
と溶液を形成しかつこの濃度が冷却中分離の際に
連続した重合体相を生ずる限り任意の合成熱可塑
性重合体が使用でき、これを下記に詳細に論議す
る。操作可能な重合体と液体系の範囲を判定する
ためこの系の若干の要約が有用である。
ポリプロピレンから微孔性重合体を形成する際
に、アルコール、例えば2−ベンジルアミノ−1
−プロパノール及び3−フエニル−1−プロパノ
ール;アルデヒド、例えばサリチルアルデヒド、
アミド、例えばN,N−ジエチル−m−トルアミ
ド;アミン、例えばN−ヘキシルジエタノールア
ミン、N−ベヘニルジエタノールアミン、N−コ
コ−ジエタノールアミン、ベンジルアミン、N,
N−ビス−β−ヒドロキシエチルシクロヘキシル
アミン、ジフエニルアミン及び1,12−ジアミノ
ドデカン;エステル、例えばメチルベンゾエー
ト、ベンジルベンゾエート、フエニルサリシレー
ト、メチルシリシレート及びジブチルフタレー
ト;そしてエーテル、例えばジフエニルエーテ
ル、4−ブロモ−ジフエニルエーテル及びジベン
ジルエーテルが有用であることが判明した。更に
ハロカーボン、例えば1,1,2,2−テトラブ
ロモエタン及び炭化水素、例えばトランス−スチ
ルベン及び他のアルキル/アリールホスフアタイ
トがまたメチルノニルケトンのようなケトンと同
様に有用である。
高密度ポリエチレンから微孔性重合体を形成す
る際に、飽和脂肪族酸、例えばデカン酸、第一飽
和アルコール、例えばデジルアルコール、及び1
−ドデカノール、第二アルコール、例えば2−ウ
ンデカノール及び6−ウンデカノール、エトキシ
ル化アミン、例えばN−ラウリルジエタノールア
ミン、芳香族アミン、例えばN,N−ジエチルア
ニリン、ジエステル、例えばジブチルセバケート
及びジヘキシルセバケート及びエーテル、例えば
ジフエニルエーテル及びベンジルエーテルが有用
であることが判明している。他の有用な液体はハ
ロゲン化化合物、例えばオクタブロモジフエニ
ル、ヘキサブロモベンゼン及びヘキサブロモシク
ロデカン、炭化水素、例えば1−ヘキサデカン、
ジフエニルメタン及びナフタレン、芳香族化合
物、例えばアセトフエノン及び他の有機化合物、
例えばアルキル/アリールホスフアタイト、及び
キノリン及びケトン、例えばメチルノニルケトン
を含む。
低密度ポリエチレンから微孔性重合体を形成す
るために、下記の液体が有用であることが判明し
ている:ヘキサン酸、カプリル酸、デカン酸、ウ
ンデカン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミ
チン酸及びステアリン酸を含む飽和脂肪族酸、オ
レイン酸及びエルカ酸を含む不飽和脂肪族酸、安
息香酸、フエニルステアリン酸、ポリステアリン
酸及びキシリルベヘン酸を含む芳香族酸及び6、
9、及び11炭素の平均鎖長の分枝カルボン酸、ト
ール油酸、及びロジン酸を含む酸、1−オクタノ
ール、ノニルアルコール、デシルアルコール、1
−デカノール、1−ドデカノール、トリデシルア
ルコール、セチルアルコール及び1−ヘプタデカ
ノールを含む第一飽和アルコール、ウンデシレニ
ルアルコール及びオレイルアルコールを含む第一
不飽和アルコール、2−オクタノール、2−ウン
デカノール、ジノニルカルビノール及びジウンデ
シルカルビノールを含む第二アルコール、1−フ
エニルエタノール、1−フエニル−1−ペンタノ
ール、ノニルフエノール、フエニルステアリルア
ルコール及び1−ナフトールを含む芳香族アルコ
ール。他の有用なヘキシル含有化合物はオレイル
アルコールのポリオキシエチレンエーテル及び約
400の数平均分子量を有するポリプロピレングリ
コールを含む。なお更に有用な液体は4,t−ブ
チルシクロヘキサノール及びメントールのような
環状アルコール、サリチルアルデヒドを含むアル
デヒド、第一アミン、例えばオクチルアミン、テ
トラデシルアミン及びヘキサデシルアミン、第二
アミン、例えばビス−(1−エチル−3−メチル
ペンチル)アミン及びN−ラウリルジエタノール
アミン、N−タロ−ジエタノールアミン、N−ス
テアリルジエタノールアミン及びN−ココジエタ
ノールアミンを含むエトキシル化アミンを含む。
別の有用な液体はN−sec−ブチルアニリン、
ドデシルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、
N,N−ジエチルアニリン、P−トルイジン、N
−エチル−O−トルイジン、ジフエニルアミン、
及びアミノジフエニルメタンを含む芳香族アミ
ン、N−エルシル−1,3−プロパンジアミン及
び1,8−ジアミノ−p−メタンを含むジアミ
ン、分枝テトラミン及びシクロドデシルアミンを
含む他のアミン、ココアミド、水素添加タロ−ア
ミド、オクタデシルアミド、エルシアミド、N,
N−ジエチルトルアミド及びN−トリメチロール
プロパンステアミドを含むアミド、メチルカプリ
レート、エチルラウレート、イソプロピルミリス
チレート、エチルパルミテート、イソプロピルパ
ルミテート、メチルステアレート、イソブチルス
テアレート及びトリデシルステアレートを含む飽
和脂肪族エステル、ステアリルアクリレート、ブ
チルウンデシレネート及びブチルオレエートを含
む不飽和エステル、ブトキシエチルステアレート
及びブトキシエチルオレエートを含むアルコキシ
エステル、ビニルフエニルステアレート、イソブ
チルフエニルステアレート、トリデシルフエニル
ステアレート、メチルベンゾエート、エチルベン
ゾエート、ブチルベンゾエート、ベンジルベンゾ
エート、フエニルラウレート、フエニルサリシレ
ート、メチルサリシレート及びベンジルアセテー
トを含む芳香族エステルそしてジメチルフエニレ
ンジステアレート、ジエチルフタレート、ジブチ
ルフタレート、ジ−イソ−オクチルフタレート、
ジ−カプリルアジペート、ジブチルセバケート、
ジヘキシルセバケート、ジイソオクチルセバケー
ト、ジカプリルセバケート及びジオクチルマレエ
ートを含むジエステルを含む。なお他の有用な液
体はポリエチレングリコール(約400の平均分子
量を有する)を含むポリエチレングリコール、ジ
フエニルステアレート、ヒマシ油を含むポリヒド
ロキシリツクエステル(トリグリセリド)、グリ
セロールモノステアレート、グリセロールモノオ
レエート、グリセロールジステアレートグリセロ
ールジオレエート、グリセロールモノオレエー
ト、グリセロールジステアレートグリセロールジ
オレエート及びトリメチロールプロパンモノフエ
ニルステアレート、ジフエニルエーテル及びベン
ジルエーテルを含むエーテル、ヘキサクロロシク
ロペンタジエン、オクタブロモビフエニル、デカ
ブロモジフエニルオキシド及び4−ブロモジフエ
ニルエーテルを含むハロゲン化化合物、1−ノネ
ン、2−ノネン、2−ウンデセン、2−ヘプタデ
セン、2−ノナデセン、3−エイコセン、9−ノ
ナデセン、ジフエニルメタン、トリフエニルメタ
ン及びトランス−スチルベンを含む炭化水素、2
−ヘプタノン、メチルノニルケトン、6−ウンデ
カノン、メチルウンデシルケトン、6−トリデカ
ノン、8−ペンタデカノン、11−ペンタデカノ
ン、2−ヘプタデカノン、8−ヘプタデカノン、
メチルヘプタデシルケトン、ジノニルケトン及び
ジステアリルケトンを含む脂肪族ケトン、アセト
フエノン及びベンジフエノンを含む芳香族ケトン
そしてキサントンを含む他のケトンを含む。なお
更に有用な液体はトリキシレニルホスフエート、
ポリシロキサン、マゲツトヒヤシンス(商品名)
(アンメリゲネブラー社)、テルピネオールプライ
ムNo.1(商品名)(ギボーダン−デラワント社)、
バスオイルフラグランス#5864K(商品名)(イン
ターナシヨナルフレーバーアンドフラグランス
社)、ホスクレールP315C(商品名)(オルガノホ
スフアイト)、ホスクレールP576(商品名)(オル
ガノホスフアイト)、スチレン化ノニルフエノー
ル、キノリン及びキナリジンを含むリン化合物を
含む。
ポリスチレンで微孔性重合体生成物を形成する
ために、有用な溶液はトリス−ハロゲン化プロピ
ルホスフエート、アリール/アルキルホスフアイ
ト、1,1,2,2−テトラブロモエタン、トリ
ブロモネオペンチルアルコール、40%のボラノー
ルC.P.3000(商品名)ポリオール及びトリブロモ
ネオペンチルアルコール60%、トリス−β−クロ
ロエチルホスフエート、トリス(1,3−ジクロ
ロイソプロピル)ホスフエート、トリ−(ジクロ
ロプロピル)ホスフエート、ジクロロベンゼン及
び1−ドデカノールを含む。
ポリ塩化ビニルを使用して微孔性重合体を形成
する際に、有用な液体はメトキシベンジルアルコ
ール、2−ベンジルアミノ−1−プロパノールを
含む芳香族アルコール、及び1,3−ジクロロ−
2−プロパノールを含む他のヒドロキシル含有液
体を含む。なお他の有用な液体はフアイアマスタ
ーT33P(商品名)(テトラブロモフタリツクジエ
ステル)を含むハロゲン化化合物、及びトランス
−スチルベンを含む芳香族炭化水素を含む。
更に、本発明に従つて、他の重合体及び共重合
体及び配合物から微孔性生成物が作られた。かく
して、スチレン−ブタジエン共重合体から微孔性
生成物を形成するために、有用な液体はデシルア
ルコール、N−タロ−ジエタノールアミン、N−
ココジエタノールアミン及びジフエニルアミンを
含む。エチレン−アクリル酸共重合体塩から微孔
性重合体を形成するために有用な液体はN−タロ
−ジエタノールアミン、N−ココジエタノールア
ミン、ジブチルフタレート及びジフエニルエーテ
ルを含む。高衝撃ポリスチレンを使用する微孔性
重合体生成物は液体としてヘキサブロモビフエニ
ル及びアルキル/アリールホスフアイトを使用す
ることによつて形成できる。“ノリル(Noryl)”
ポリフエニレンオキシド−ポリスチレン配合物
(ゼネラルエレクトリツク社)に関して、N−コ
コジエタノールアミン、N−タロ−ジエタノール
アミン、ジフエニルアミン、ジブチルフタレート
及びヘキサブロモフエノールを使用することによ
つて微孔性重合体が作られる。低密度ポリエチレ
ン及び塩素化ポリエチレンの配合物から微孔性重
合体は1−ドデカノール、ジフエニルエーテル及
びN−タロ−ジエタノールアミンを使用すること
によつて作られる。液体として1−ドデカノール
を使用して、微孔性重合体は下記の配合物から作
られる:ポリプロピレン−塩素化ポリエチレン、
高密度ポリエチレン−塩素化ポリエチレン、高密
度ポリエチレン−ポリ塩化ビニル及び高密度ポリ
エチレン及びアクリロニトリル−ブタジエン−ス
チレン(ABS)ターポリマー。ポリメチルメタ
クリレートから微孔性生成物を形成するために、
1,4−ブタンジオール及びラウリン酸が有用で
あることが判明した。エチレンカーボネート、
1,2−プロピレンカーボネート、又はテトラメ
チレンスルホンを使用して微孔性ナイロン11が作
られる。またポリカーボネートから微孔性生成物
からメントールが使用できる。
重合体及び液体の濃度の選択
使用される液体の量の決定は系に対するバイノ
ジアル(binodial)及びスピノダル(Spinodal)
曲線について得られ、例示の曲線が第1図に示さ
れる。そこで示されるように、Tmはバイノジア
ル曲線の最大温度(即ち、バイノジアル分解が起
こる系の最大温度)を表わし、Tucsは上方臨界
溶解温度(即ちスピノダル分解が起こる最大温
度)を表わし、φmはTmにおける重合体濃度を
表わし、φcは臨界濃度を示し、そしてφx本発明
の独特な微孔性重合体構造体を得るために必要と
される系の重合体濃度を表わす。理論的に、φm
とφcは実質上同一であるべきである;しかしな
がら、公知のように、市販の重合体の分子量分布
によりφcはφmより約5重量%程度大きい。本発
明の独特な微孔性重合体を形成するために、特定
の系に使用される重合体濃度φxはφcより大きく
なければならない。この重合体濃度がφcより小
さい場合には、系が冷却されるにつれて生ずる相
分離は不連続な重合体相を有する連続した液相を
構成する。他方、適正な重合体濃度を使用するこ
とは相分離温度まで冷却の際に形成される連続相
が重合体相であることを確保し、これは本発明の
独特なマイクロ細胞状構造体を得るために必要で
ある。同様に、明らかに、相分離の際に連続した
重合体相の形成は溶液が最初に形成されることを
必要とする。本発明の方法が行なわれずかつ分散
が最初に形成される時には、結果の微孔性生成物
は重合体粒子を共に焼結することによつて得られ
たものに類似する。
従つて、認められるように、適用可能な重合体
濃度は使用できる液体の量は各系と共に異なる。
幾つかの系に対する好適な状態図曲線は既に開示
されている。しかしながら、適当な曲線が利用不
能である場合にはこれは公知の技術により容易に
開示できる。例えば、好適な技術はスモルダー
(Smolders)、バン アーツエン(Van Aartsen)
及びスチーンベルゲン(Steenbergen)の
Kolloidz,u,z,Polymer,243,14(1971)に
記載される。
仮定の重合体−液体系に対する温度対温度の更
に一般グラフを第1A図に示す。γからαへ曲線
の部分は熱力学的平衡の液体−液体相分離を表わ
す。αからβへ曲線は平衡の液体−固体相分離を
表わし、これは仮説的液体−重合体系の通常の凝
固点降下曲線として認められよう。上方斜影区域
は幾つかの系に存在し得る上方液体/液体不混和
性を表わす。点線は熱力学的非平衡液体−液体相
分離を得るのに十分な速度で冷却の結果として晶
出温度の下降を表わす。組成物曲線に対する結晶
化の平らな部分は更に詳細に論議されるように使
用される冷却速度の関数である使用可能な組成範
囲を限定する。
かくして、任意の与えられた冷却速度に対し
て、晶出温度対百分率の樹脂又は相溶性液体をプ
ロツトすることができ、そしてこのような方法
で、与えられた冷却速度で所望の微孔性構造体を
生ずる液体/重合体濃度を決定できる。結晶性重
合体に対して、前記の晶出曲線をプロツトするこ
とによつて使用可能な濃度範囲の決定は第1図に
示すような状態図に対する実行可能な別法であ
る。前記の例として、分当り16℃の加熱速度で融
解曲線、及び広い濃度範囲にわたつてポリプロピ
レン及びキノリンに対する晶出曲線を示す温度対
重合体/液体濃度のプロツトである第55図を示
すことができる。晶出曲線に関して判るように、
分当り16℃の冷却速度で適正な濃度範囲は約20%
のポリプロピレンから約70%のポリプロピレンに
及ぶ。
第56図はポリプロピレン及びN,N−ビス
(2−ヒドロキシエチル)タロ−アミンに対する
温度対重合体/液体組成のグラフである。上方の
曲線は分当り16℃の加熱速度で融解曲線のプロツ
トである。下方の曲線は、下へ向かう順序で、分
当り8℃、16℃、32℃及び64℃の冷却速度で晶出
曲線のプロツトである。この曲線は冷却速度が増
加する時に起こる二つの一致の現象を示す。第一
に、広い濃度範囲にわたつて比較的安定な晶出温
度を示す曲線の平らな部分が冷却速度の増加と共
に下がること、これは冷却の速度が速くなるにつ
れて、実際の晶出温度が下がることを示す。
第二の観察できる現象は冷却の速度における変
化と共に起こる晶出曲線の勾配の変化である。従
つて、冷却速度が増加する時に晶出曲線の平らな
部分が大きくなるようである。結果的に、冷却の
速度を増加することによつて、対応的に本発明の
微孔性構造体を形成するための、かつ本発明の方
法を実施するための操作可能な濃度範囲を増大で
きることが推定できる。前記のことから、与えら
れた系に対する操作可能な濃度範囲を決定するた
めに、僅かな代表的濃度の重合体/液体を準備し
そしてこれを幾つかの所望の速度で冷却しさえす
ればよいことが明らかである。晶出温度がプロツ
トされた後に、濃度の操作可能な範囲は極めて明
らかになる。
第57図はポリプロピレン及びジオクチルフタ
レートに対する温度対重合体/液体濃度のグラフ
である。上方の曲線は一定の範囲の濃度にわたつ
て系に対する融解曲線を表わしそして下方の曲線
は同一の濃度範囲にわたつて晶出曲線を表わす。
この晶出曲線は晶出温度が一定範囲の濃度に対し
て実質上一定のままである平らな部分を何ら示さ
ないので、微孔性構造体を形成できるポリプロピ
レン/ジオクチルフタレート系が予期されず、そ
して実際に、これは形成しない。
重合体及び液体の操作可能な濃度範囲を決定す
る状態図とこの決定を行なう晶出法との間の優れ
た相関を評価するために第58図及び第59図に
言及する。第58図は熱調節された容器を使用す
る従来の光散乱技術によつて測定された、低分子
量ポリエチレン及びジフエニルエーテル重合体/
液体系に対する状態図である。第58図の状態図
から、Tmは約135℃でありそしてφmは約7%の
重合体であることが判る。更に、約45%の重合体
濃度で曇り点曲線が氷点降下曲線と交差すること
が明らかであり、かくして約7%の重合体から約
45%の重合体の操作可能な濃度範囲を示す。
第58図から決定された操作可能な範囲を、8
℃及び16℃/分の加熱速度で同一系の融解曲線及
び8℃及び16℃/分の冷却速度で前記の系に対す
る晶出曲線を示す第59図から決定できる範囲と
比較できる晶出曲線から、その実質上平らな部分
が冷却速度に応じて若干10%以下の重合体濃度か
ら大体42−45%の重合体に及ぶことが判る。かく
して、晶出曲線から得られた結果は曇り点状態図
から得られた結果と驚くほど一致する。
非結晶性重合体に対して、第1図のような状態
図に関する別法として、ガラス遷移温度の温度対
濃度プロツトに言及できる。かくして、第58図
は種々の濃度レベルでピコラスチツク
(Piccolastic)D−125(商品名)としてペンシル
バニアインダストリアルケミカル社により供給さ
れる低分子量ポリスチレン及び1−ドデカノール
のガラス遷移温度に対する温度対濃度のグラフで
ある。
第58図から、約8%の重合体から約50%の重
合体で、ポリスチレン/1−ドデカノールに対す
るガラス遷移温度が本質上一定であることが明ら
かである。それ故にガラス遷移温度の実質上平ら
な部分に沿う濃度が前記に論議した晶出曲線の平
らな部分に類似して、本発明の実施で操作可能で
あることが提案されている。かくして非結晶性重
合体系に対する状態図を決定する実行可能な別法
はガラス遷移曲線を決定することそしてこの曲線
の実質上平らな部分で操作することが判る。
前記の図面のすべてで、晶出温度はパーキンエ
ルマーにより製作されたDSC−2、示差走査熱
量計、又は匹敵し得る装置で測定された。更に本
発明の実施で冷却速度の効果を下記に論議する。
所望の合成熱可塑性重合体、相溶性液体及び潜
在的に操作可能な濃度範囲を選択した後に、例え
ば使用される重合体及び液体の実際の濃度を選択
する必要がある。例えば理論的に可能な濃度範囲
を考慮する外に、特定の系に対して使用される比
率を決定する際に他の機能的考慮をしなければな
らない。かくして、使用されるべき液体の最大量
に関する限り、生成する強度特性を考慮に入れね
ばならない。更に特に、使用される液体の量は従
つて微孔性又は細胞状構造体の破壊を避けるよう
に生成する微孔性構造体が十分な最小“取扱い強
度”を有することを許すべきである。他方、樹脂
の最大量の選択、使用される特定装置の粘度限界
は許容し得る最大の重合体又は樹脂含量を指示す
る。更に、使用される重合体の量は細胞又は微多
孔性の他の区域を閉鎖することを生ずる程大きく
てはならない。
使用される液体の相対量はまたある程度、例え
ば含まれる最終適用に対する特定の細胞及び孔の
寸法要件のような微多孔性の所望の有孔寸法に依
存している。かくして、例えば、平均の細胞及び
孔の寸法は液体含量が増加するにつれて若干増加
する傾向を示す。
とにかく、特定の重合体に対して、液体の使用
及びその操作可能な濃度は記載したように実験的
に液体を使用することによつて容易に決定でき
る。
勿論前記に論議したパラメーターに従うべきで
ある。実際に、認められるように、二つ又はそれ
以上の配合物が使用できる;そして特定の配合物
の使用はここで記載したように確定できる。ま
た、特定の配合物が有用である一方、液体の一つ
又はそれ以上は多分個々には不適当である。
認められるように、使用される特定量の液体は
同様に特定の最終用途の適用によつてしばしば指
定される。高密度ポリエチレン及びN,N−ビス
(2−ヒドロキシエチル)タロ−アミンを使用す
ると、特定実施例の一例示として、約30ないし約
90重量%、好適には30ないし70重量%のアミンを
使用することによつて有用な微孔性生成物が作ら
れる。低密度ポリエチレン及び同一のアミンで
は、液体の量は20ないし90%、好ましくは20ない
し80%の範囲内で有用に変えることができる。対
照的に、ジフエニルエーテルが液体として使用さ
れる時には、有用な低密度ポリエチレン系が約80
%以下の液体を含有し、約60%の最大値が好適で
ある。1−ヘキサデセンが低密度ポリエチレンと
共に使用される時には、約90%までの又はそれ以
上の量が容易に使用できる。ポリプロピレンが前
記のタロ−アミンと共に使用される時には、アミ
ンは好適には約10ないし90%の量で使用でき、約
85%以下の最大量が適している。ポリスチレン及
び1−ドデカノールに関して、アルコールの濃度
は約20ないし90%で異なり、約30ないし約70%が
好適である。スチレン−ブタジエン共重合体が使
用される時には、アミン含量は約20ないし約90%
の範囲に及ぶ。デカノール及びスチレン−ブタジ
エン共重合体(即ち−SBR)系が使用される時
には、液体含量は好適には約40ないし約90%で異
なることができ;ジフエニルアミンでは液体含量
は約50ないし約80%の範囲内で適している。微孔
性重合体がアミン及びエチレン−アクリル酸共重
合体から形成される時には、液体含量は約30ない
し約70%の範囲内で異なる;ジフエニルエーテル
では、ジブチルフタレートが溶媒として使用され
る場合と同様に、約10ないし約90%で異なる。
均質性液体の成形
溶液の形成に続いて、次にこれを処理して任意
の所望の形状又は構造に供する。一般に、かつ含
まれる特定の系に応じて、物品の厚さは約1ミル
又はそれ以下の薄いフイルムから約21/2インチ
又はそれ以上の厚さの比較的厚いブロツクにまで
異なる。かくしてブロツクを形成する性能は例え
ば従来の押出し、射出成形又は他の関連技術によ
り微孔性材料が所望の複雑な形状へ処理されるこ
とを許す。特定の系から作られる厚さの範囲を決
定する際に含まれる実際の配慮は系が冷却するに
つれて系が受ける粘度増大の速度を含む。一般
に、粘度が高くなるにつれて、構造体はより厚く
なる。従つて粗い相分離が起こらない限り、即ち
2識別可能層が可視的に明らかになる限りこの構
造体は任意の厚さのものでよい。
液液相分離が熱力学的平衡状態下で起こるよう
に許される場合には、その結果二つの異なる層へ
完全な分離が起こることが認められよう。一つの
層が溶解できる量の液体を含有する溶融重合体か
らなり、そして液体層は液体中に溶解できる量の
重合体を含有する。この状態は第1図及び第1A
図の状態図のバイノジアル線により表わされる。
製造できる対象物の寸法に関する制限は組成物の
熱伝達特性によつて支配され、その理由は対象物
が十分に厚くかつ熱伝達がかなり劣つている場合
は対象物の中心における冷却速度が熱力学的平衡
状態に達するのに十分に遅く、そして前記のよう
に明白な層で相分離を生ずるからであることは明
らかである。
少量のチキソトロピー材料の添加により増大し
た厚さがまた得られる。例えば、冷却前に市販の
コロイド状シリカの添加は有用な厚さを著しく増
大するが、特徴のある微孔性構造体に悪く影響し
ない。使用されるべき特定量は容易に決定でき
る。
均質溶液の冷却
前記の論議から明らかなように、処理(例え
ば、フイルム等への成形)の型式にかかわりな
く、固体として挙動しかつ外観を示すものを形成
するように溶液は冷却されねばならない。生成す
る材料は手で取扱いの際に砕けないように十分な
一体性を有すべきである。必要は系が所望の構造
を有するかどうかを確認する別の試験は重合体に
対してではなく使用される液体に対する溶媒を使
用することである。この材料が分解する場合に
は、使用した系は必要な基準を満足しなかつた。
溶液の冷却速度は広い範囲内で変えることがで
きる。実際に、通常の場合には、外部冷却は必要
ではなく、そして単に例えばフイルムを引出すこ
とができる温度に加熱した金属表面上に熱い液体
系を注入すること、又は別法として周辺条件で基
質上に注入することでブロツクを形成することに
よつてフイルムを成形することで満足している。
前記に論議したように、冷却の速度は液液相分
離が熱力学的平衡状態下で起こらないように十分
に速くなければならない。更に、冷却の速度は結
果の微孔性構造体に実質上の効果を有する。多く
の重合体/液体系に対して、冷却の速度が十分に
遅いが、なお前記の基準を満足する場合には、液
液相分離は実質上同一寸法の多数の液滴の形成を
実質上同一の時に生ずる。冷却速度が多数の液滴
が形成するものである場合には、前記に論議した
すべての他の条件が満足されている限り、結果の
微孔性重合体は前記に定義したような細胞状微細
構造を有する。
一般に、液液相分離が開始するために、第1図
に示すように、バイノジアル曲線以下の温度に液
体系を冷却することによつて本発明の微孔性重合
体の独特な構造体が得られると思われる。この状
態で、原則的に純粋な溶媒からなる核が形成し始
める。冷却の速度が微細な細胞状の構造体を生ず
るものである時には、この各々の核が成長し続け
るにつれて、これが重合体に富む区域により取囲
まれ、これは液体がなくなるにつれて厚さを増大
すると思われる。結果的に、この重合体に富む区
域は溶媒の成長する小滴を覆う皮又はフイルムに
似る。重合体に富む区域が厚くなり続けるにつれ
て、皮を通して余分の溶媒の拡散は減少する;そ
して液滴の成長は対応的に減少し、最後にこれは
効果的に停止し、この液滴はその最大寸法に達し
た。この点で新しい核の形成が大きな液滴の連続
成長より更に可能である。しかしながら、この方
式の成長を得るために、バイノジアル分解よりむ
しろスピノダル分解より核形成が開始されること
が必要である。
かくして冷却は連続重合体相中で実質上同一の
寸法の多数の液滴を実質上同一の時に形成するよ
うな方式で行なわれる。この分解方式が起こらな
い場合には、細胞状構造体が生じない。少くとも
核形成又は小滴成長が開始されるまでこの系が熱
力学的平衡に達しないことを確保する状態を使用
することによつて、一般に、適当な分解方式が得
られる。方法的には、これは系に混合又は他のせ
ん断力を与えることなしに系を単に冷却するにま
かせることによつて行なわれる。比較的厚いブロ
ツクが形成されている場合には時間パラメーター
がまた重要であり、この場合には更に迅速な冷却
が望ましい。
冷却が多数の液滴の形成を生ずる範囲内では、
冷却の速度は生成する細胞の寸法に影響するとの
一般的指示があり、冷却の速度が増加するとより
小さな細胞が生ずる。これに関連して、約8℃/
分から冷却速度の増大は明らかにポリプロピレン
微孔性重合体に対して細胞寸法を半分に減少する
ことを生ずることが観察されている。従つて、更
に詳細に論議されるように、最終の細胞及び孔の
寸法を調整するために、所望に応じて、外部冷却
が使用できる。
内部連絡する通路又は孔が細胞状構造体に形成
される方式は十分に理解されない。しかしなが
ら、出願人は何ら特定の理論に拘束されるつもり
はないが、この現象を説明するために役立つ種々
の可能な機構があり、その各々はここに記載する
概念と一致する。従つて孔の形成は冷却の際重合
体相の熱収縮によるものであり、液体溶媒小滴は
溶媒が重合体より小さい膨張係数を有する時には
圧縮不能な球体として挙動する。別に、そして指
摘されているように、溶媒小滴がその最大寸法に
達した後でさえ、重合体に富む相はなお若干の溶
媒を含有し、そしてその反対の場合もある。この
系が冷却し続ける時には、従つて付加的相分離が
起こる。重合体に富む皮中の残留溶媒はそれ故に
溶媒小滴へ拡散し、重合体に富む皮の容積を減少
し、そして溶媒小滴の容積を増大する。概念的
に、これは重合体皮を弱化し;そして溶媒又は液
相の容積増加は重合体皮を通して破裂し、隣接の
溶媒小滴を連絡することができる内部圧力を生ず
る。この最後の機構に関連して、例えばその種の
重合体が使用される時に結晶化により、残留液体
が重合体皮から移動するにつれて重合体が更にコ
ンパクトな状態へそれ自体再分布する。この状況
では、生成する重合体皮は収縮し勝ちであり、か
つ多分特に弱い区域に置かれた欠陥又は孔を有す
る。予期されるように、この最も弱い区域は隣接
の液滴の間にあり、そしてこの状況では、この孔
は隣接の液滴の間で形成しそして溶媒小滴の間に
内部連絡を生ずる。とにかく、この機構とかかわ
りなく、方法がここで記載したように行なわれる
時に内部連絡する孔又は通路が固有に生ずる。
孔が形成される機構の別の説明は“マランゴニ
効果”に基づき、これはシー・マランゴニ(C.
Marangoni)のNuovo Cimento〔2〕5−6.239
(1871:〔3〕,397193(1878)及びマランゴニ.シ
ー,Ann.Phys Lpz(1871),143337に記載され
る。このマランゴニ効果はアルコール性飲料が飲
料グラスの側部で自発的に逆流する(reflux
off)時に起こる現象、特に濃縮された小滴が液
体の塊まり(bulk)へ流れて戻る機構を説明す
るために使用されている。小滴の流体は最初に塊
まりの流体に浸入し、続いて流体の一部が小滴へ
迅速に元へ後退する。同様な物理的現象が液液相
分離の効果として形成された液滴に関して起こる
ことが仮定される。かくして、一つの小滴が他の
ものに出会い、一つの流体が他の流体に浸入し、
続いて二つの小滴が急速に分離し、多分次に二つ
の小滴を連絡する液体の一部を残しそして細胞状
構造体の内部連絡する孔のための基礎を形成す
る。このマランゴニ効果の更に最近の論議につい
て、チヤールス(Charles)及びメイソン
(Mason)のJ.Colloid Soc:,15,236−267
(1960)を挙げることができる。
均質溶液の冷却が十分に速い速度で起こる場合
には、液液相分離は非平衡熱力学的状態下で起こ
るが、本質上核形成及び続く成長が起こらない程
急速に重合体の実質上の固化が起こる。このよう
な場合には、多数の液滴の形成はなく、そして生
成する微孔性重合体は明確な細胞状構造体を有し
ないであろう。
かくしてある環境下では、例外的に高い冷却速
度の使用により異なり微孔性構造体を得ることが
できる。例えば、75部のN,N−ビス(2−ヒド
ロキシエチル)タロ−アミン及び25部のポリプロ
ピレンの溶液が分当り約5℃ないし約1350℃で異
なる速度で冷却される時には、細胞状構造体が生
ずる。組成物に対して前記の範囲で異なる冷却速
度の主要な効果は絶対細胞寸法の変化である。約
2000℃/分の冷却速度が行われる時には、微細構
造体は例えば微細レース状、非細胞状外観をと
る。60部のN,N−ビス(2−ヒドロキシエチ
ル)タロ−アミン及び40部のポリプロピレンの溶
液が同一方式で処理される時には、レース状非細
胞状構造体が得られる前には分当り2000℃以上の
冷却速度が行なわれねばならない。
細胞状構造体の細胞寸法に関する冷却系速度の
効果を調べるため、そして細胞状構造体の製造か
ら明らかでない細胞を有する構造体の製造への移
行に必要な冷却の速度を調べるために、種々の濃
度のポリプロピレン及びN,N−ビス(2−ヒド
ロキシエチル)タロ−アミンが均質溶液として製
造される。この調査を行なうために、前記に論議
したDSC−2を標準X線装置及び走査電子顕微
鏡と共に使用した。DSC−2は約80℃/分の最
大冷却速度が可能であるので、熱勾配バーをも使
用した。この熱勾配バーはその上に試料を置くこ
とができる、長さ1メートルにわたつて2000℃以
上の温度差を示すことがで黄銅のバーであつた。
赤外線カメラを使用して、最初に熱電対で測定
して、110℃の温度に10のバーの位置の最も接近
して置いた皿の上にカメラの焦点を合わせること
によつて試料の温度を測定した。次にカメラ温度
読示が熱電対読示と一致するまでカメラ放射率コ
ントロールを調節した。
与えられた何れのランでも、試料溶液を含有す
る一定の皿が冷却する位置でカメラの焦点を合わ
せた。次に試料を有する皿を2分間熱勾配バーの
上に置いた。皿がカメラの視野に置かれるべくバ
ーから除去されると、ストツプウオツチを始動し
た。皿が110℃の温度であることをカメラが示す
とすぐ、ストツプウオツチを止めかつ時間を記録
した。かくして、決定した冷却速度は約100℃の
温度範囲にわたつて冷却するため試料に必要な時
間に基づいた。
冷却の速度に関して調整限界は冷却される材料
の量ではないことが判明した。より重い試料は軽
いものより更に徐々に冷却するけれども、皿とバ
ーの間で熱伝導性のために皿の底部で使用された
シリコーン油は冷却の速度に著しく影響すること
が注目された。従つて氷立方体上にシリコーン油
なしに皿を置くことによつて最高の冷却速度が得
られ、そして一枚の紙に置かれたシリコーン油の
重い被覆を有する皿で最も遅い冷却速度が得られ
た。
結果の構造体に対する冷却速度の効果を調べる
際に使用のため、0%のN,N−ビス(2−ヒド
ロキシエチル)タロ−アミンから80%を前記のア
ミンを含有するポリプロピレンの5試料を製造し
た。20%のポリプロピレンを含有する試料に対し
て175℃、40%のポリプロピレンを含有する試料
に対して230℃、60%のポリプロピレンを含有す
る試料に対して245℃、80%のポリプロピレンを
含有する試料に対して265℃、そして100%のポリ
プロピレンに対して250℃の保持温度に、前記の
試料の各々約5mgを分当40℃で密封した皿の内側
にDSC−2で加熱した。
試料の各々を冷却前に5分間適当な温度で加熱
しかつ保持した。試料を所望の冷却速度で冷却し
た後に、メタノールで試料からN,N−ビス(2
−ヒドロキシエチル)タロ−アミンを抽出しそし
て試料を分析した。研究の結果を第表に要約し
て、生成する組成物で細胞の寸法をミクロンで示
す。各走査電子マイクログラフから測定を行なう
ことによつてすべての細胞寸法を測定した。
TECHNICAL FIELD This invention relates to porous polymeric structures. More particularly, the present invention relates to microporous polymeric structures that are easy to manufacture and feature three-dimensional, cellular microstructures. Several very different techniques have previously been developed for producing microporous polymeric structures. This technique is known to those skilled in the art as classical phase inversion.
These range from what is called nuclear bombardment, to incorporation of microporous solid particles into a matrix and subsequent leaching, to sintering the microporous particles together in some manner. Conventional efforts in this field have involved other techniques as well as countless variations of what are considered classic or basic techniques. The importance of microporous polymeric products arises from the myriad possible applications for this type of material. The possible applications for this are well known and range from ink pads and the like to skin-like breathable sheets and filter media. Moreover, for all possible applications, commercial use has been relatively modest. And the commercially used technology has various limitations that do not allow the versatility necessary to expand this application to reach the possible market for microporous products. As mentioned above, some commercially available microporous polymer products are made by nuclear bombardment techniques. This technique allows a fairly narrow pore size distribution to be obtained; however, the pore volume must be relatively low to ensure that the polymer does not degrade during production (i.e.
void space of approximately 10% or less). Many polymers cannot be used in this technology due to the polymer's lack of ability to corrode. Still further, this technique requires that a relatively thin sheet or film of polymer be used, and the process is not carried out to avoid "double tracking," which results in the formation of oversized pores. Significant expertise must be used. Classical phase inversion has also been used commercially to form microporous polymers and certain other polymers from cellulose acetate. The classic phase inversion is REKesting's
SYNTHETIC POLYMERIC MEMBRANES,
Described in detail in McGraw-Hill, 1971.
In particular, on page 117 of this document it is clearly stated that classical phase inversion involves the use of at least three components: a polymer, a solvent for this polymer and a non-solvent for this polymer. . Reference may also be made to US Pat. No. 3,945,926, which teaches the formation of polycarbonate resin membranes from casting solutions containing resin, solvent, and swelling agents and/or non-solvents. In lines 42-47, column 15 of the said patent:
It is noted that in the complete absence of swelling agent, phase inversion does not normally occur and that at low concentrations of swelling agent, structures with closed cells result. From the above discussion, it is very clear that classical phase inversion requires the use of solvents for the system at room temperature, and thus many other useful polymers cannot be substituted for polymers such as cellulose acetate. . Also, from the standpoint of this process, this classical phase inversion method generally has to be extracted subsequently. Formation of the film is limited by the use of large amounts of solvent used in the preparation of the solution. It is also clear that classical phase inversion requires a relatively high degree of process control to obtain structures of the desired shape. Thus, the relative concentrations of solvent, nonsolvent, and swelling agent are as described in U.S. Pat.
− Must be adjusted critically as discussed in column 16. Conversely, in order to vary the number, size and homogeneity of the resulting structures, the aforementioned parameters must be varied by trial and error. Other commercially available microporous polymers are made by sintering microporous particles of polymers ranging from high density polyethylene to polyvinylidene fluoride. However, it is difficult with this technique to obtain products with the narrow pore size distribution required for many applications. Yet another common technique that has been the subject of significant prior attempts involves heating various liquids and polymers to form a dispersion or solution, followed by cooling and subsequent removal of the liquid, such as with a solvent. Methods of this type are described by way of example only and not in a comprehensive manner in the following US patents: No. 3607793; No. 3378507;
No. 3310505; No. 3748287; No. 3536796; No.
No. 3308073 and No. 3812224. The techniques described above do not appear to have been commercially utilized to a significant extent, if at all, perhaps due to the lack of economic viability of certain previously developed methods. Also, this conventional method does not allow the production of microporous polymers that typically combine desired pore sizes and pore size distributions with microcellular structures. With respect to microporous polymers obtained by the prior art, hitherto known methods are based on isotropic olefinic or Oxidized polymers could not be produced and thus could not exhibit a high degree of pore size uniformity throughout the sample. Some prior art olefinic or oxidized polymers have pore sizes within the above range, but without a relatively narrow pore size distribution, thus making this material difficult to use in applications such as filtration requiring a high degree of selectivity. make it less valuable. Furthermore, conventional microporous olefin-based or oxidized polymers, which are considered to have relatively narrow particle size size distributions, are outside the above range and are typically not suitable for use in applications such as ultrafiltration. has an absolute pore size with a substantially smaller pore size. Finally, some prior art olefinic polymers have pore sizes within the aforementioned range and what is considered to be a relatively narrow pore size distribution. However, this material is made through the use of techniques such as stretching which imparts a high degree of orientation to the resulting isotropic material, making this undesirable for many applications. Thus, about
There is a need for microporous olefinic and oxidized polymers having pore sizes in the range of 0.1 to about 5 microns and characterized by a relatively narrow isotropic pore size distribution. Also, a major drawback of many previously available microporous polymers is their low flow rates when used in structures such as microfiltration membranes. One of the primary reasons for this low flow rate is the typically low void volume of many of these polymers. Thus,
Perhaps 20% or less of the polymer structure is the "void" volume through which the filtrate flows, and the remaining 80% of the structure
is a polymeric resin that forms a microporous structure. Thus, and especially with respect to olefinic polymers,
A need exists for microporous polymers that have a high degree of void volume. The Castro and Stoll applications described above describe highly advantageous methods of converting certain types of liquid amine antistatic agents into materials that behave as solids. The advantages of the resulting processing are real and It would be equally beneficial to be able to convert other useful functional liquids, such as flame retardants, into materials that behave as solids. It is therefore an object of the present invention to produce microporous polymers characterized by narrow pore size. There is a product that is used. Other purposes are to provide an easy way to allow economic manufacturing of microscopic poles. Another purpose is to apply to very many useful thermoplastic polymorphisms. A related and more specific object is to provide a method for easily forming microporous polymers from polyolefins, condensation polymers, and oxidized polymers. Still another object of the present invention is to provide microporous polymers in structures ranging from thin films to relatively thick blocks.Another object is to provide microporous polymers in structures ranging from thin films to relatively thick blocks.Another object is to provide microporous polymers with structures ranging from thin films to relatively thick blocks.Another object is to provide microporous polymers with structures ranging from thin films to relatively thick blocks. Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following discussion and the accompanying drawings.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, preferred embodiments thereof are herein shown in detail. However, it should be understood that there is no intention to limit the invention to the particular forms described.
It is intended to cover all modifications and alternative forms within the spirit and scope of the invention as expressed in the claims. It is now possible to render any synthetic thermoplastic polymer microporous by first heating the polymer described above and a compatible liquid as discussed below at a temperature and time sufficient to form a homogeneous solution. There was found. The solution thus formed is then allowed to assume the desired shape and subsequently cooled in this shape to a rate and temperature sufficient to initiate thermodynamically non-equilibrium liquid-liquid phase separation. . Since the solution is cooled in the desired shape, no mixing or other shear forces are applied while the solution is undergoing cooling. This cooling is continued to form a solid. It is only necessary for this solid to obtain sufficient mechanical integrity to allow it to be handled without causing physical deterioration. Finally, at least a substantial portion of the compatible liquid is removed from the resulting solid to form the desired microporous polymer. Certain novel microporous olefinic and oxidized polymers of the present invention are characterized by:
Characterized by narrow pore size distribution. This narrow pore size distribution is explained in detail below by the sharpness function “S”.
It can be expressed analytically as The "S" values of the olefinic and oxidized polymers of this invention range from about 1 to about 10. The above-described polymers of the present invention are also characterized by average pore sizes ranging from about 0.10 to about 5 microns, with about 0.2 to about 1 micron being preferred. Furthermore, the microporous product is substantially isotropic and therefore has essentially the same cross-sectional shape when analyzed along any spatial plane. In another aspect of the invention, it is compatible with synthetic thermoplastic polymers, particularly polyolefins, ethylene-acrylic acid copolymers, polyphenylene oxide-polystyrene blends, or blends of one or more of the foregoing polymers. The method of making microporous polymers is carried out such that a mixture of soluble liquids is heated to a temperature and time sufficient to form a homogeneous solution. This solution is then cooled, thus forming multiple droplets of substantially the same size in substantially the same amount of time. This cooling is then continued to solidify the polymer and at least a substantial portion of the liquid is removed from the resulting solids to form the desired cellular polymer structure. The method described above produces cellular, three-dimensional, void microstructures, i.e. microporous cells characterized by a series of closed cells having a substantially spherical shape and pores or passageways that interconnect with adjacent cells. A combined product results. The cells are evenly spaced throughout three dimensions and the interconnecting pores have relatively narrow diameters with a size distribution as measured by mercury infiltration. For ease of reference, microporous polymers with such a structure are referred to as "cellular." A related aspect of the invention provides novel microporous polymeric products that behave as solids and contain relatively large amounts of functionally useful liquids, such as polymeric additives including flame retardants. In this way, the useful liquid gains the processing advantages of a solid material that can be used directly, for example as a masterbatch. This product can be produced either directly by using a functional liquid as a compatible liquid and without removal of this compatible liquid, or by reloading the microporous polymer after removal of the compatible liquid, or by reloading the functional liquid into a microporous polymer after removal of the compatible liquid. can be formed indirectly, either by displacing a compatible liquid before removal, such as by incorporating a Broadly, carrying out the process of the present invention involves heating the desired polymer with a suitable compatible liquid to form a homogeneous solution, cooling the solution in a suitable manner to form a solid material, and subsequently extraction of liquid to form a microporous material. Considerations involved in practicing the invention are described in detail below. Polymer Selection As noted above, the present invention surprisingly provides a technique for converting any synthetic thermoplastic polymer to microporous. Therefore, the method of the present invention is applicable to olefinic polymers, condensation polymers and oxidized polymers. Examples of useful non-acrylic polyolefins are low density polyethylene, high density polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-butadiene copolymer, poly(4- Methyl-pentene-1), polybutylene, polyvinylidene chloride, polyvinyl butyral, chlorinated polyethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl acetate, and polyvinyl alcohol. Useful acrylic polyolefins include polymethyl-methacrylate, polymethyl-acrylate,
Contains ethylene-acrylic acid copolymers and ethylene-acrylic acid metal salt copolymers. Polyphenylene oxide is an example of an oxidized polymer that can be used. Useful condensation polymers include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, nylon 6, nylon 11, nylon 13, nylon
66, including polycarbonate and polysulfone. Selection of Compatible Liquids It is thus necessary to first select the synthetic thermoplastic polymer that is to be rendered microporous in order to carry out the invention. Once a polymer is selected, the next step is the selection of appropriate compatible liquids and the relative amounts of polymer and liquid to be used. Of course, blends of one or more polymers can be used in embodiments of the present invention. Functionally, the polymer and liquid are heated with stirring to the temperature necessary to form a clear homogeneous solution. If a solution cannot be formed at any solution concentration, the liquid is unsuitable and cannot be used with the particular polymer. Because of selectivity, perfect prediction of the operability of a particular liquid with a particular polymer is not possible.
However, some useful general guidelines can be stated. Therefore, if the polymer involved is non-polar, non-polar liquids with similar solubility parameters at solution temperature are likely to be more useful. When this parameter is not available,
For general guidance furthermore readily available room temperature solubility parameters may be mentioned. Similarly, for polar polymers, polar organic liquids with similar solubility parameters should be investigated first. Also, the relative polarity or non-polarity of the liquid should be matched to the relative polarity or non-polarity of the polymer. Furthermore, for hydrophobic polymers, useful liquids typically have little or no water solubility. On the other hand, polymers that tend to be hydrophilic generally require liquids with some water solubility. Regarding suitable liquids, aliphatic and aromatic acids, aliphatic, aromatic and cyclic alcohols, aldehydes,
Certain types of organic compounds of various types are useful, including primary and secondary amines, aromatic and ethoxylated amines, diamines, amides, esters, and diesters, ethers, ketones, and various hydrocarbons and heterocycles. It has been found. However, it should be noted that this concept is highly selective. Thus, for example, not all saturated aliphatic acids are useful, and furthermore, not all liquids that are useful for high density polyethylene are necessarily useful for polystyrene, by way of example. As will be appreciated, useful ratios of polymer and liquid for any particular system can be readily developed from the values of the parameters subsequently discussed. It will be appreciated that if a blend of one or more polymers is used, the useful fluid typically must be operable with all of the polymers involved. However, it is possible for the polymer formulation to have properties such that the liquid does not need to be operable with all polymers used. As an example, the liquid used can operate with the main polymer or polymers if one or more polymer components are present in relatively small amounts that do not significantly affect the properties of the formulation. It must be. Also, while the most useful materials are liquids at ambient temperatures, materials that are solid at room temperature are Can be used. More particularly, solid materials can be used as long as phase separation occurs by liquid-solid separation and by liquid-liquid separation during the cooling process discussed below. The amount of liquid used generally varies from about 10 to about 90%. Any synthetic thermoplastic polymer can be used as long as the liquid selected as discussed herein forms a solution with the polymer and this concentration results in a continuous polymer phase upon separation during cooling, which is discussed below. will be discussed in detail. Some summaries of this system are useful to determine the range of polymer and liquid systems that can be manipulated. When forming microporous polymers from polypropylene, alcohols such as 2-benzylamino-1
-propanol and 3-phenyl-1-propanol; aldehydes such as salicylaldehyde,
Amides, such as N,N-diethyl-m-toluamide; Amines, such as N-hexyldiethanolamine, N-behenyldiethanolamine, N-coco-diethanolamine, benzylamine, N,
N-bis-β-hydroxyethylcyclohexylamine, diphenylamine and 1,12-diaminododecane; esters such as methyl benzoate, benzyl benzoate, phenyl salicylate, methyl silicylate and dibutyl phthalate; and ethers such as diphenyl ether, 4- Bromo-diphenyl ether and dibenzyl ether have been found to be useful. Additionally, halocarbons such as 1,1,2,2-tetrabromoethane and hydrocarbons such as trans-stilbene and other alkyl/aryl phosphatites are also useful, as are ketones such as methyl nonyl ketone. In forming microporous polymers from high density polyethylene, saturated aliphatic acids such as decanoic acid, primary saturated alcohols such as decyl alcohol, and
-dodecanol, secondary alcohols such as 2-undecanol and 6-undecanol, ethoxylated amines such as N-lauryldiethanolamine, aromatic amines such as N,N-diethylaniline, diesters such as dibutyl sebacate and dihexyl sebacate and ethers. , such as diphenyl ether and benzyl ether, have been found to be useful. Other useful liquids are halogenated compounds such as octabromodiphenyl, hexabromobenzene and hexabromocyclodecane, hydrocarbons such as 1-hexadecane,
diphenylmethane and naphthalene, aromatic compounds such as acetophenone and other organic compounds,
Examples include alkyl/aryl phosphatites, and quinolines and ketones such as methyl nonyl ketone. The following liquids have been found useful for forming microporous polymers from low density polyethylene: hexanoic acid, caprylic acid, decanoic acid, undecanoic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid and 6. Saturated aliphatic acids including stearic acid, unsaturated aliphatic acids including oleic acid and erucic acid, aromatic acids including benzoic acid, phenylstearic acid, polystearic acid and xylylbehenic acid;
Acids including branched carboxylic acids, tall oil acids, and rosin acids with an average chain length of 9 and 11 carbons, 1-octanol, nonyl alcohol, decyl alcohol, 1
- primary saturated alcohols including decanol, 1-dodecanol, tridecyl alcohol, cetyl alcohol and 1-heptadecanol, primary unsaturated alcohols including undecylenyl alcohol and oleyl alcohol, 2-octanol, 2-undecanol, di Secondary alcohols including nonyl carbinol and diundecyl carbinol, aromatic alcohols including 1-phenylethanol, 1-phenyl-1-pentanol, nonylphenol, phenylstearyl alcohol and 1-naphthol. Other useful hexyl-containing compounds are the polyoxyethylene ether of oleyl alcohol and about
Contains polypropylene glycol with a number average molecular weight of 400. Still further useful liquids are cyclic alcohols such as 4,t-butylcyclohexanol and menthol, aldehydes including salicylaldehyde, primary amines such as octylamine, tetradecylamine and hexadecylamine, secondary amines such as bis- (1-ethyl-3-methylpentyl)amine and ethoxylated amines including N-lauryldiethanolamine, N-talo-diethanolamine, N-stearyldiethanolamine and N-cocodiethanolamine. Another useful liquid is N-sec-butylaniline,
Dodecylaniline, N,N-dimethylaniline,
N,N-diethylaniline, P -toluidine, N
-ethyl-O-toluidine, diphenylamine,
and aromatic amines including aminodiphenylmethane, diamines including N-erucyl-1,3-propanediamine and 1,8-diamino-p-methane, other amines including branched tetramine and cyclododecylamine, cocoamide, Hydrogenated tallo-amide, octadecylamide, erucyamide, N,
Amides including N-diethyltoluamide and N-trimethylolpropanestearate, methyl caprylate, ethyl laurate, isopropyl myristylate, ethyl palmitate, isopropyl palmitate, methyl stearate, isobutyl stearate and tridecyl stearate saturated aliphatic esters including stearyl acrylate, unsaturated esters including butyl undecylenate and butyl oleate, alkoxy esters including butoxyethyl stearate and butoxyethyl oleate, vinyl phenyl stearate, isobutyl phenyl stearate, Aromatic esters including tridecyl phenyl stearate, methyl benzoate, ethyl benzoate, butyl benzoate, benzyl benzoate, phenyl laurate, phenyl salicylate, methyl salicylate and benzyl acetate and dimethyl phenyl distearate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate , di-iso-octyl phthalate,
Di-capryl adipate, dibutyl sebacate,
Includes diesters including dihexyl sebacate, diisooctyl sebacate, dicapryl sebacate and dioctyl maleate. Still other useful liquids are polyethylene glycols including polyethylene glycols (having an average molecular weight of about 400), diphenyl stearate, polyhydroxylic esters (triglycerides) including castor oil, glycerol monostearate, glycerol monooleate, Glycerol distearate glycerol dioleate, glycerol monooleate, glycerol distearate glycerol dioleate and ethers including trimethylolpropane monophenyl stearate, diphenyl ether and benzyl ether, hexachlorocyclopentadiene, octabromobiphenyl, Halogenated compounds including decabromodiphenyl oxide and 4-bromodiphenyl ether, 1-nonene, 2-nonene, 2-undecene, 2-heptadecene, 2-nonadecene, 3-eicosene, 9-nonadecene, diphenylmethane, triphenyl Hydrocarbons, including methane and trans-stilbene, 2
-heptanone, methylnonylketone, 6-undecanone, methylundecylketone, 6-tridecanone, 8-pentadecanone, 11-pentadecanone, 2-heptadecanone, 8-heptadecanone,
Includes aliphatic ketones including methylheptadecyl ketone, dinonyl ketone and distearyl ketone, aromatic ketones including acetophenone and bendiphenone, and other ketones including xanthone. Still further useful liquids are tricylenyl phosphate,
Polysiloxane, Magette Hyacinth (product name)
(Ammerige Nebler), Terpine All Prime No. 1 (product name) (Givaudan-Delawante),
Bath oil Fragrance #5864K (trade name) (International Flavor and Fragrance Co., Ltd.), Fosclair P315C (trade name) (organophosphite), Fosclair P576 (trade name) (organophosphite), styrenated nonylphenol, Contains phosphorus compounds including quinoline and quinaridine. For forming microporous polymeric products in polystyrene, useful solutions include tris-halogenated propyl phosphates, aryl/alkyl phosphites, 1,1,2,2-tetrabromoethane, tribromoneopentyl alcohol. , 40% boranol CP3000 (trade name) polyol and 60% tribromoneopentyl alcohol, tris-β-chloroethyl phosphate, tris(1,3-dichloroisopropyl) phosphate, tri-(dichloropropyl) phosphate, dichlorobenzene and 1-dodecanol. In forming microporous polymers using polyvinyl chloride, useful liquids include methoxybenzyl alcohol, aromatic alcohols including 2-benzylamino-1-propanol, and 1,3-dichloro-
Contains other hydroxyl-containing liquids including 2-propanol. Still other useful liquids include halogenated compounds, including Firemaster T33P (tetrabromophthalic diester), and aromatic hydrocarbons, including trans-stilbene. Additionally, microporous products have been made from other polymers and copolymers and blends in accordance with the present invention. Thus, for forming microporous products from styrene-butadiene copolymers, useful liquids include decyl alcohol, N-tallow-diethanolamine, N-
Contains coco diethanolamine and diphenylamine. Liquids useful for forming microporous polymers from ethylene-acrylic acid copolymer salts include N-tallow-diethanolamine, N-cocodiethanolamine, dibutyl phthalate, and diphenyl ether. Microporous polymeric products using high impact polystyrene can be formed by using hexabromobiphenyl and alkyl/aryl phosphites as liquids. “Noryl”
For polyphenylene oxide-polystyrene blends (General Electric Company), microporous polymers are created by using N-cocodiethanolamine, N-talo-diethanolamine, diphenylamine, dibutyl phthalate, and hexabromophenol. . Microporous polymers are made from blends of low density polyethylene and chlorinated polyethylene by using 1-dodecanol, diphenyl ether and N-tallow-diethanolamine. Using 1-dodecanol as the liquid, a microporous polymer is made from the following formulation: polypropylene-chlorinated polyethylene,
High density polyethylene-chlorinated polyethylene, high density polyethylene-polyvinyl chloride and high density polyethylene and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) terpolymers. To form a microporous product from polymethyl methacrylate,
1,4-butanediol and lauric acid have been found to be useful. ethylene carbonate,
Microporous nylon 11 is made using 1,2-propylene carbonate, or tetramethylene sulfone. Menthol can also be used from microporous products from polycarbonate. Selection of polymer and liquid concentrations Determination of the amount of liquid used is determined by the binodial and spinodal
An exemplary curve is shown in FIG. As shown there, Tm represents the maximum temperature of the binodial curve (i.e., the maximum temperature of the system at which binodal decomposition occurs), Tucs represents the upper critical solution temperature (i.e., the maximum temperature at which spinodal decomposition occurs), and φm at Tm where φc represents the critical concentration and φx represents the polymer concentration of the system required to obtain the unique microporous polymer structure of the present invention. Theoretically, φm
and φc should be substantially the same; however, as is known, due to the molecular weight distribution of commercially available polymers, φc is about 5% by weight greater than φm. To form the unique microporous polymers of this invention, the polymer concentration φx used in a particular system must be greater than φc. If this polymer concentration is less than φc, the phase separation that occurs as the system is cooled constitutes a continuous liquid phase with discontinuous polymer phases. On the other hand, using the correct polymer concentration ensures that the continuous phase formed upon cooling to the phase separation temperature is the polymer phase, which yields the unique microcellular structures of the present invention. It is necessary for Similarly, clearly the formation of a continuous polymer phase upon phase separation requires that a solution be formed first. When the process of the invention is not carried out and the dispersion is first formed, the resulting microporous product is similar to that obtained by sintering the polymer particles together. Therefore, it will be appreciated that the applicable polymer concentrations and the amount of liquid that can be used will vary with each system.
Suitable phase diagram curves for some systems have been previously disclosed. However, if a suitable curve is not available, this can easily be disclosed using known techniques. For example, a suitable technique is Smolders, Van Aartsen.
and Steenbergen
Kolloidz, u, z, Polymer, 243 , 14 (1971). A more general graph of temperature versus temperature for a hypothetical polymer-liquid system is shown in FIG. 1A. The portion of the curve from γ to α represents liquid-liquid phase separation in thermodynamic equilibrium. The α to β curve represents equilibrium liquid-solid phase separation, which would be recognized as a normal freezing point depression curve for a hypothetical liquid-polymer system. The upper shaded area represents upper liquid/liquid immiscibility that may exist in some systems. The dotted line represents the drop in crystallization temperature as a result of cooling at a rate sufficient to obtain thermodynamic non-equilibrium liquid-liquid phase separation. The crystallization plateau relative to the composition curve limits the usable composition range, which is a function of the cooling rate used, as discussed in further detail. Thus, for any given cooling rate, one can plot the crystallization temperature versus the percentage of resin or compatible liquid, and in this way obtain the desired microporous structure at a given cooling rate. The liquid/polymer concentration that produces the body can be determined. For crystalline polymers, determination of the usable concentration range by plotting the crystallization curves described above is a viable alternative to a phase diagram such as that shown in FIG. As an example of the foregoing, it may be shown in Figure 55, which is a plot of temperature versus polymer/liquid concentration showing melting curves at a heating rate of 16°C per minute and crystallization curves for polypropylene and quinoline over a wide concentration range. can. As can be seen regarding the crystallization curve,
At a cooling rate of 16°C per minute, the appropriate concentration range is approximately 20%.
of polypropylene to approximately 70% polypropylene. FIG. 56 is a graph of temperature versus polymer/liquid composition for polypropylene and N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine. The upper curve is a plot of the melting curve at a heating rate of 16°C per minute. The lower curve is a plot of the crystallization curves at cooling rates of 8°C, 16°C, 32°C and 64°C per minute in descending order. This curve shows two coincident phenomena that occur as the cooling rate increases. First, the flat part of the curve showing a relatively stable crystallization temperature over a wide concentration range decreases with increasing cooling rate, which means that as the cooling rate increases, the actual crystallization temperature decreases. Show that. The second observable phenomenon is the change in the slope of the crystallization curve that occurs with changes in the rate of cooling. Therefore, it appears that the flat portion of the crystallization curve increases as the cooling rate increases. Consequently, by increasing the rate of cooling, one can correspondingly increase the operable concentration range for forming the microporous structures of the invention and for carrying out the methods of the invention. can be estimated. From the foregoing, one need only prepare a small representative concentration of polymer/liquid and cool it at some desired rate to determine the operable concentration range for a given system. That is clear. After the crystallization temperature is plotted, the operable range of concentration becomes very clear. FIG. 57 is a graph of temperature versus polymer/liquid concentration for polypropylene and dioctyl phthalate. The upper curve represents the melting curve for the system over a range of concentrations and the lower curve represents the crystallization curve over the same concentration range.
A polypropylene/dioctyl phthalate system capable of forming a microporous structure is not expected, since this crystallization curve does not exhibit any flat portion where the crystallization temperature remains essentially constant for a range of concentrations; And in fact, this does not form. Reference is made to Figures 58 and 59 to appreciate the excellent correlation between the phase diagrams that determine the operable concentration ranges of polymers and liquids and the crystallization methods that make this determination. Figure 58 shows low molecular weight polyethylene and diphenyl ether polymers measured by conventional light scattering techniques using a thermally controlled vessel.
FIG. 3 is a state diagram for a liquid system. From the phase diagram in Figure 58, it can be seen that Tm is about 135°C and φm is about 7% polymer. Furthermore, it is clear that the cloud point curve intersects the freezing point depression curve at about 45% polymer concentration, thus from about 7% polymer to about
45% shows the operable concentration range of the polymer. The operable range determined from FIG.
From the crystallization curve which can be compared with the range that can be determined from Figure 59 which shows the melting curve for the same system at a heating rate of 8°C and 16°C/min and the crystallization curve for said system at a cooling rate of 8°C and 16°C/min. It can be seen that the substantially flat section ranges from slightly less than 10% polymer concentration to approximately 42-45% polymer depending on the cooling rate. Thus, the results obtained from the crystallization curves are in remarkable agreement with those obtained from the cloud point phase diagram. For amorphous polymers, reference may be made to a temperature versus concentration plot of the glass transition temperature as an alternative to a phase diagram such as that in FIG. Thus, FIG. 58 is a graph of temperature versus concentration versus glass transition temperature of low molecular weight polystyrene and 1-dodecanol supplied by Pennsylvania Industrial Chemical Company as Piccolastic D-125 at various concentration levels. . From Figure 58 it is clear that the glass transition temperature for polystyrene/1-dodecanol is essentially constant from about 8% polymer to about 50% polymer. It is therefore proposed that concentrations along a substantially flat portion of the glass transition temperature, analogous to the flat portion of the crystallization curve discussed above, are operable in the practice of this invention. It thus appears that a viable alternative method of determining the phase diagram for amorphous polymeric systems is to determine the glass transition curve and operate on a substantially flat portion of this curve. In all of the foregoing figures, crystallization temperatures were measured with a DSC-2, differential scanning calorimeter, or comparable equipment manufactured by PerkinElmer. Further, the effect of cooling rate in the practice of the present invention is discussed below. After selecting the desired synthetic thermoplastic polymer, compatible liquids, and potentially operable concentration ranges, it is necessary to select, for example, the actual concentrations of the polymers and liquids used. For example, in addition to considering the theoretically possible concentration range, other functional considerations must be made in determining the ratios to be used for a particular system. Thus, the strength properties produced must be taken into account as far as the maximum amount of liquid to be used is concerned. More particularly, the amount of liquid used should therefore allow the resulting microporous structure to have a sufficient minimum "handling strength" so as to avoid destruction of the microporous or cellular structure. On the other hand, the selection of the maximum amount of resin, the viscosity limits of the particular equipment used will dictate the maximum allowable polymer or resin content. Furthermore, the amount of polymer used should not be so great as to cause occlusion of cells or other areas of microporosity. The relative amounts of liquid used also depend to some extent on the desired pore size of the microporous material, such as the particular cell and pore size requirements for the final application involved. Thus, for example, average cell and pore sizes tend to increase slightly as liquid content increases. Regardless, for a particular polymer, the use of the liquid and its operative concentration can be readily determined by using the liquid experimentally as described. Of course the parameters discussed above should be followed. In fact, as will be appreciated, two or more formulations can be used; and the use of a particular formulation can be determined as described herein. Also, while certain formulations are useful, one or more of the liquids may be individually inappropriate. As will be appreciated, the particular amount of liquid used will often be dictated by the particular end-use application as well. Using high density polyethylene and N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine, by way of example of a particular embodiment, about 30 to about
Useful microporous products are produced by using 90% by weight of amine, preferably 30 to 70% by weight. For low density polyethylene and the same amine, the amount of liquid can usefully vary within the range of 20 to 90%, preferably 20 to 80%. In contrast, when diphenyl ether is used as a liquid, useful low density polyethylene systems have a
% liquid, with a maximum of about 60% being preferred. When 1-hexadecene is used with low density polyethylene, amounts up to about 90% or more can readily be used. When polypropylene is used with the aforementioned tallo-amine, the amine can suitably be used in an amount of about 10 to 90%;
A maximum amount of 85% or less is suitable. For polystyrene and 1-dodecanol, the concentration of alcohol varies from about 20 to 90%, with about 30 to about 70% being preferred. When a styrene-butadiene copolymer is used, the amine content is from about 20 to about 90%.
Covers a range of. When decanol and styrene-butadiene copolymer (i.e. -SBR) systems are used, the liquid content can suitably vary from about 40 to about 90%; for diphenylamine the liquid content varies from about 50 to about 80%. Suitable within range. When the microporous polymer is formed from an amine and an ethylene-acrylic acid copolymer, the liquid content varies within the range of about 30 to about 70%; for diphenyl ether, when dibutyl phthalate is used as the solvent. Similarly, they differ by about 10 to about 90%. Shaping of Homogeneous Liquids Following the formation of the solution, it is then processed into any desired shape or structure. Generally, and depending on the particular system involved, the thickness of the articles will vary from thin films of about 1 mil or less to relatively thick blocks of about 21/2 inches or more thick. The ability to form blocks thus allows the microporous material to be processed into desired complex shapes, for example by conventional extrusion, injection molding or other related techniques. Practical considerations involved in determining the range of thicknesses that can be made from a particular system include the rate of viscosity increase that the system undergoes as it cools. Generally, the higher the viscosity, the thicker the structure. The structure may therefore be of any thickness, as long as no coarse phase separation occurs, ie two distinguishable layers are visibly evident. It will be appreciated that if liquid-liquid phase separation is allowed to occur under thermodynamic equilibrium conditions, complete separation into two distinct layers will result. One layer consists of a molten polymer containing a soluble amount of liquid, and the liquid layer contains a soluble amount of polymer in the liquid. This state is shown in Figure 1 and 1A.
It is represented by the binodial line in the state diagram of the figure.
The limits on the dimensions of the objects that can be manufactured are governed by the heat transfer properties of the composition, because if the object is thick enough and the heat transfer is fairly poor, the cooling rate at the center of the object will be thermodynamically This is clearly because the phase separation is slow enough to reach a state of equilibrium and, as mentioned above, causes phase separation with distinct layers. Increased thickness is also obtained by adding small amounts of thixotropic material. For example, the addition of commercially available colloidal silica before cooling significantly increases the useful thickness, but does not adversely affect the distinctive microporous structure. The specific amount to be used can be easily determined. Cooling of Homogeneous Solutions As is clear from the above discussion, regardless of the type of processing (e.g., forming into a film, etc.), the solution must be cooled to form something that behaves and appears as a solid. The resulting material should have sufficient integrity so that it does not shatter during manual handling. Another test to ensure that the system has the desired structure is to use the solvent for the liquid used rather than for the polymer. If this material decomposes, the system used did not meet the required criteria. The cooling rate of the solution can be varied within a wide range. In fact, in normal cases, external cooling is not necessary and simply injecting a hot liquid system onto a metal surface heated to a temperature at which the film can be drawn off, for example, or alternatively onto a substrate at ambient conditions. It is satisfactory to form the film by forming blocks by injecting the film into the film. As discussed above, the rate of cooling must be fast enough so that liquid-liquid phase separation does not occur under thermodynamic equilibrium conditions. Furthermore, the rate of cooling has a substantial effect on the resulting microporous structure. For many polymer/liquid systems, if the rate of cooling is slow enough but still satisfies the above criteria, liquid-liquid phase separation will substantially reduce the formation of a large number of droplets of substantially the same size. Occur at the same time. If the cooling rate is such that a large number of droplets form, the resulting microporous polymer will have cellular microstructures as defined above, as long as all other conditions discussed above are met. Has a structure. In general, the unique structure of the microporous polymer of the present invention is obtained by cooling the liquid system to a temperature below the binodial curve, as shown in FIG. 1, to initiate liquid-liquid phase separation. It seems likely that In this state, a nucleus consisting essentially of pure solvent begins to form. When the rate of cooling is such that fine cell-like structures are produced, as each nucleus continues to grow it becomes surrounded by a polymer-rich zone that increases in thickness as the liquid empties. Seem. As a result, this polymer-rich area resembles a skin or film covering the growing droplet of solvent. As the polymer-rich zone continues to thicken, the diffusion of excess solvent through the skin decreases; and droplet growth correspondingly decreases, until finally this effectively ceases and the droplet reaches its maximum dimensions have been reached. In this respect the formation of new nuclei is more possible than the continuous growth of large droplets. However, to obtain this mode of growth, it is necessary that nucleation be initiated by spinodal rather than binodial decomposition. Cooling is thus carried out in such a manner as to form a plurality of droplets of substantially the same size in the continuous polymer phase at substantially the same time. If this decomposition method does not occur, no cell-like structures are generated. A suitable decomposition regime is generally obtained by using conditions that ensure that the system does not reach thermodynamic equilibrium at least until nucleation or droplet growth begins. Methodologically, this is accomplished by simply allowing the system to cool without applying any mixing or other shear forces to the system. The time parameter is also important when relatively thick blocks are being formed, in which case more rapid cooling is desirable. To the extent that cooling results in the formation of multiple droplets,
There is a general indication that the rate of cooling affects the size of the cells produced, with increasing rates of cooling producing smaller cells. In this context, approximately 8°C/
It has been observed that an increase in the cooling rate from 20 to 20 minutes clearly results in a reduction in cell size by half for polypropylene microporous polymers. Therefore, external cooling can be used, if desired, to adjust the final cell and pore dimensions, as discussed in further detail. The manner in which interconnecting passageways or pores are formed in cellular structures is not well understood. However, although applicants do not wish to be bound by any particular theory, there are a variety of possible mechanisms that may help explain this phenomenon, each of which is consistent with the concepts described herein. The formation of pores is therefore due to thermal contraction of the polymer phase upon cooling, and the liquid solvent droplets behave as incompressible spheres when the solvent has a smaller coefficient of expansion than the polymer. Separately, and as pointed out, even after the solvent droplets reach their maximum size, the polymer-rich phase still contains some solvent, and vice versa. As the system continues to cool, additional phase separation therefore occurs. The residual solvent in the polymer-rich skin therefore diffuses into the solvent droplet, reducing the volume of the polymer-rich skin and increasing the volume of the solvent droplet. Conceptually, this weakens the polymer skin; and the increased volume of solvent or liquid phase creates an internal pressure that can burst through the polymer skin and communicate adjacent solvent droplets. In connection with this last mechanism, the polymer redistributes itself into a more compact state as residual liquid is displaced from the polymer skin, for example by crystallization when such polymers are used. In this situation, the resulting polymer skin is prone to shrinkage and likely has defects or pores located in particularly weak areas. As expected, this weakest area is between adjacent droplets, and in this situation the pores form between adjacent droplets and create interconnections between the solvent droplets. Regardless of this mechanism, interconnecting holes or passageways are inherently created when the method is performed as described herein. Another explanation for the mechanism by which pores are formed is based on the “Marangoni effect,” which was developed by C. Marangoni (C.
Marangoni) Nuovo Cimento [2] 5-6.239
(1871: [3], 397193 (1878) and Marangoni. C., Ann. Phys Lpz (1871), 143337. The Marangoni effect is the spontaneous backflow of alcoholic beverages at the sides of the drinking glass ( reflux
off), particularly to explain the mechanism by which concentrated droplets flow back into the bulk of the liquid. The fluid in the droplet first penetrates into the fluid in the mass, and then some of the fluid quickly retreats back into the droplet. It is hypothesized that similar physical phenomena occur with respect to droplets formed as an effect of liquid-liquid phase separation. Thus, one droplet meets another, one fluid penetrates another,
The two droplets then rapidly separate, possibly leaving some of the liquid that then communicates the two droplets and forms the basis for the intercommunicating pores of the cellular structure. For a more recent discussion of this Marangoni effect, see Charles and Mason, J. Colloid Soc:, 15 , 236-267.
(1960). If cooling of a homogeneous solution occurs at a sufficiently fast rate, liquid-liquid phase separation will occur under non-equilibrium thermodynamic conditions, but the liquid-liquid phase separation will occur rapidly enough that essentially no nucleation and subsequent growth will occur. Solidification occurs. In such cases, there will be no formation of multiple droplets and the resulting microporous polymer will have no distinct cellular structure. Thus, under certain circumstances, different microporous structures can be obtained by using exceptionally high cooling rates. For example, when a solution of 75 parts of N,N-bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine and 25 parts of polypropylene is cooled at different rates from about 5°C to about 1350°C per minute, the cellular structures are arise. The main effect of different cooling rates in the above range on the composition is the change in absolute cell size. about
When a cooling rate of 2000° C./min is carried out, the microstructures take on, for example, a fine lace-like, non-cellular appearance. When a solution of 60 parts of N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine and 40 parts of polypropylene is treated in the same manner, a temperature of 2000°C per minute is reached before a lacy non-cellular structure is obtained. A cooling rate of at least 100% must be achieved. In order to investigate the effect of cooling system speed on the cell dimensions of cellular structures and to investigate the rate of cooling required for the transition from the production of cellular structures to the production of structures with non-obvious cells, various Concentrations of polypropylene and N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine are prepared as a homogeneous solution. To conduct this investigation, the DSC-2 discussed above was used in conjunction with a standard X-ray machine and a scanning electron microscope. A thermal gradient bar was also used since the DSC-2 is capable of maximum cooling rates of approximately 80°C/min. The thermal gradient bar was a brass bar on which a sample could be placed and was capable of exhibiting a temperature difference of over 2000°C over a length of 1 meter. Using an infrared camera, first measure the temperature of the sample with a thermocouple and focus the camera on the dish placed closest to the 10 bar position to a temperature of 110 °C. It was measured. The camera emissivity control was then adjusted until the camera temperature reading matched the thermocouple reading. For any given run, the camera was focused at the location where the dish containing the sample solution cooled. The dish with the sample was then placed on the thermal gradient bar for 2 minutes. Once the dish was removed from the bar to be placed in the camera's field of view, the stopwatch was activated. As soon as the camera indicated that the dish had a temperature of 110°C, the stopwatch was stopped and the time was recorded. Thus, the determined cooling rate was based on the time required for the sample to cool over a temperature range of approximately 100°C. It has been found that the regulating limit with respect to the rate of cooling is not the amount of material cooled. It was noted that although heavier samples cooled more slowly than lighter ones, the silicone oil used at the bottom of the pan for thermal conductivity between the pan and the bar significantly affected the rate of cooling. Therefore, the highest cooling rate is obtained by placing the dish without silicone oil on an ice cube, and the slowest cooling rate is obtained with a dish with a heavy coating of silicone oil placed on a piece of paper. Ta. Five samples of polypropylene containing 80% of said amine were prepared from 0% of N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine for use in examining the effect of cooling rate on the resulting structures. did. 175 °C for samples containing 20% polypropylene, 230 °C for samples containing 40% polypropylene, 245 °C for samples containing 60% polypropylene, and 245 °C for samples containing 80% polypropylene. Approximately 5 mg of each of the above samples were heated in portions in a DSC-2 inside a sealed dish at 40°C to a holding temperature of 265°C for 100% polypropylene and 250°C for 100% polypropylene. Each sample was heated and held at the appropriate temperature for 5 minutes before cooling. After cooling the sample at the desired cooling rate, N,N-bis(2
-Hydroxyethyl)tallow-amine was extracted and the sample was analyzed. The results of the study are summarized in Table 1, which indicates the dimensions of the cells in microns in the resulting compositions. All cell dimensions were determined by taking measurements from each scanning electron micrograph.
【表】
ン
[Table]
【表】
熱勾配バーで20%のポリプロピレン及び80%の
N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ−ア
ミンの試料を使用して別の冷却速度の研究を行な
つた。この試料の五つを210℃の融解温度から
種々の速度で冷却し、そして結果を第表に要約
し、細胞の寸法をミクロンで示し、第表のデー
タを得るための方法と同一の工程を使用した。Table: Another cooling rate study was conducted using a sample of 20% polypropylene and 80% N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine on a thermal gradient bar. Five of these samples were cooled at various rates from a melting temperature of 210°C, and the results are summarized in Table 1, showing cell dimensions in microns, and followed the same steps as in the method used to obtain the data in Table 1. used.
【表】
アミ
ン
第表及び第表から増加する冷却速度に対し
て、一般に生成する組成物の細胞の寸法が減少す
ることが明らかである。更に、20%のポリプロピ
レン及び80%のN,N−ビス(2−ヒドロキシエ
チル)タロ−アミンからなる重合体/液体系に関
して、分当り約1350ないし1700℃の冷却速度で本
質上細胞状から非細胞状へ結果の重合体の性質で
移行が完了することが明らかである。結果の構造
体のこの移行は液液相分離が開始された後に、し
かし前記のように多数の液滴の形成前に重合体が
実質上固化される異に対応している。
更に40%のポリプロピレン及び60%のN,N−
ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ−アミンの5
試料を製造しそして前記の工程に従つて、235℃
の融解温度から、分当り690℃ないし分当り7000
℃の速度で冷却した。この濃度のポリプロピレン
及び前記のアミンに対して細胞状から非細胞状へ
の移行は分当り約2000℃で起こることが決定され
た。
最後に、一定範囲の冷却速度にわたつて製造し
た構造体の結晶度を調べるために、20%のポリプ
ロピレン及び80%のN,N−ビス(2−ヒドロキ
シエチル)タロ−アミンの3試料を製造しそして
分当り20℃、1900℃及び6500℃の速度で冷却し
た。この試料に対するDSC−2データから、3
試料の結晶度の程度が本質上等価であることを確
定した。従つて冷却速度の変動は生成するる構造
体の結晶性の程度に著しい効果を有さないことが
判る。しかしながら、冷却の速度が著しく増加す
るにつれて、製造された結果は予期されるように
あまり完全ではないことを確定した。
液体の除去
重合体及び液体の均質溶液を形成し、そして好
適な取扱い強度を有する材料を生ずるのに適当な
方法で溶液を冷却して、その後例えば同様に、極
めて明白に、系の重合体に対して非溶媒である、
液体に対して好適な溶媒で抽出することによつて
液体を除去して微孔性生成物が形成できる。使用
されている溶媒に液体の相対混和性又は溶解度は
一部には抽出に必要な時間に関して有効性を決定
する。また、所望に応じて、この抽出又は浸出操
作は時間要件を少なくするように重合体の軟化点
以下の上昇温度で行なわれる。有用な溶媒の例は
イソプロパノール、メチルエチルケトン、テトラ
ヒドロフラン、エタノール及びヘプタンを含む。
使用される液体、使用される温度及び必要とさ
れる抽出の程度に応じて、必要な時間は異なる。
更に特に、ある場合には、系に使用される液体の
100%を抽出することは不必要であり、かつ少量
が許容でき、許容される量は意図される最終用途
の適用の要件に依存している。従つて必要とされ
る時間は試料の厚さを含めて多くの要因に応じ
て、数分から多分24時間以下又はそれ以上の範囲
内の何れかに異なる。
液体の除去はまた他の公知の技術によつて得ら
れる。他の有用な除去技術の例は蒸発、昇華及び
置換を含む。
更に従来の液体抽出技術を使用する時に、本発
明の細胞状微孔性重合体構造体はゼロオーダーに
達する方式で構造体に含まれる液体の放出を示
し、即ち放出の速度が多分高い放出速度の初期の
後に本質上一定であることに注目すべきである。
換言すると、放出の速度は放出された液体の量に
無関係である;従つて例えば液体の4分の3が構
造体から除去された後に液体が抽出される速度は
構造体の半分が液体で満たされる時と大体同一で
ある。本質上一定の放出速度を示すこの系の例は
抽出剤としてイソプロパノールでポリプロピレン
からN,N−ビス−(2−ヒドロキシエチル)タ
ロ−アミンの抽出である。また、何れの状況で
も、放出の速度が確認できるようになる前に多分
初期誘導期間があるであろう。液体の放出が蒸発
により進められることができる時には放出の速度
は一次である傾向を示す。
微孔性重合体細胞状構造体の特性表示
多数の液滴が前記のように形成し、かつ液体が
そこから除去されるように重合体/液体溶液の冷
却が起こる時に、生成する微孔性生成物は、マイ
クロ寸法で、構造体を通して実質上均一に分布さ
れた一連の実質上均一の、閉鎖されたマイクロ細
胞を含む細胞状構造体を形成する。隣接の細胞は
より小さな孔又は通路により内部連絡する。この
基礎構造体は第4図及び第5図の顕微鏡写真から
判る。個々の細胞は実際には、閉鎖されるが顕微
鏡写真をとるため試料調製に含まれる破砕により
顕微鏡写真では開放して見えることは認められる
べきである。マイクロ寸法では、少くとも結晶性
重合体に対しては、この構造体は結晶成長の縁に
沿つた破砕面に類似の面を有するように見え(第
2図を参照)、そして第3図で判るように外観上
さんご状である。この細胞状構造体は更にゼオラ
イト粘土構造体に類似し、これは明確な“室”及
び“入口”区域を含む。この細胞はゼオライト構
造体のより大きな室区域に対応し、一方孔は入口
区域に対応する。
一般に、細胞状構造体においては、細胞の平均
直径が約1/2ないし約100ミクロンと幅があるが、
本発明は、約1ないし約20ミクロンである。
一方孔又は内部連絡する通路の平均直径は、代
表的には本体より小さい寸法であり、例えば、本
発明の微孔性重合体構造体の細胞直径が約1ミク
ロンである場合には、孔又は内部連絡する通路の
平均直径は約0.1ミクロンである。前記に指摘し
たように、細胞直径かつまた孔又は通路の直径は
含まれる特定の重合体−液体系、冷却の速度及び
使用される重合体及び液体の相対量に依存してい
る。しかしながら、細胞対孔の比率の広い範囲が
可能であり、例えば約2:1ないし約200:1、
代表的には約5:1ないし約40:1である。
幾つかの図面から判るように、例示的細胞状微
孔性重合体生成物の若干はここに記載した独特に
マイクロ細胞状構造体を有さない。しかしなが
ら、ある場合には、この構造体は含まれる特定の
液体又は重合体又は使用される相対量から生ずる
別の変性によりマスクされることが認められねば
ならない。このマスキングは全体に又は一部に、
細胞の壁に付着した小さな重合体粒子から粗い
“葉型”重合体堆積に及び、これは顕微鏡写真で
は基礎構造体を完全にマスクする傾向を示す。か
くして、例えば、そして第21図及び第25図か
ら判るように、小さな重合体球が構造体の細胞空
洞に付着している。この余分の形成は前記の核形
成及び成長概念に関して理解できる。従つて、極
めて高い溶媒又は液体含量を有する系では、最大
空洞寸法は代表的には比較的大きい。これはその
最大寸法に達するように空洞又は小滴のために必
要とされる時間が同様に増大することを意味す
る。この時間の間に、余分の核がその近くで形成
することが可能である。次に二つ又はそれ以上の
核は各々その最大寸法に達する前に互いに接触す
るようになる。この場合には、生成する細胞状構
造体は前記の基本構造体より劣つた一体性及び若
干劣つた規則性を有する。更に、液滴が最大寸法
に達した後でさえ、含まれる系に応じて、この溶
媒又は液体相はなお若干量の残留重合体を含有
し、又はこの反対の場合もある。この状況では、
系が冷却し続けるにつれて、若干余分の残留相分
離が起こる。この残留重合体が溶液から単に分離
する時には、重合体の球が第21図及び第25図
に示されるように形成できる。他方、残留重合体
が重合体皮まで拡散する場合には、この壁は微毛
状及び不規則な外観を示し、かくして“葉型”構
造体を供する。この“葉型”構造体は第28図及
び第29図から判るように、ごく一部基本構造体
をマスクし、又はこれは第6図に示すように構造
体を全体にマスクする。
この“葉型”構造体はまた特定の重合体で更に
起こり勝ちである。従つて、微孔性低密度ポリエ
チレン構造体は多分使用される特定の液体へのポ
リエチレンの溶解度等により、代表的にこの種の
構造体を供する。これは第14図から観察でき
る。更に使用される液体のレベルが極めて高い時
には、これはまたさもなくば基本構造体を示すポ
リプロピレンのような重合体で起こるであろう。
これは重合体含量が第6図に示す構造体の10%ポ
リプロピレンと比較して40重量%である第8図の
基本構造体と第6図の微孔性生成物の“葉型”構
造体を対比することにより容易に観察できる。
殆どの適用に対して、基本細胞状構造体の形成
を生ずる系を使用することが好ましい。この構造
体の相対均質性及び規則性はろ過適用に必要とさ
れるような予期し得る結果を供する。しかしなが
ら、イオン交換又は種々の吸着法におけるように
比較的高い表面積の構造体が所望される場合には
葉型構造体が更に望ましい。
同様に観察できるように、構造体のあるものは
細胞の壁に小孔を有する。この現象はまた核形成
及び成長の概念に関して理解できる。従つて、僅
かの空間的に連結した液滴が既にその最大寸法に
達する系の部分では、各小滴は重合体に富む皮で
密封される。しかしながら、ある場合には、ある
溶媒は密封された小滴の間にトラツプされるが皮
の不浸透性によりより大きな小滴へ移行を続ける
ことができない。従つて、この場合には、液体の
核は形成しかつ成長し、大きな小滴に隣接して埋
め込まれた小空洞を生ずる。液体の抽出後に、こ
のより小さな小滴は小孔として出現する。これは
第11−12図及び第20図に示す微孔性構造体
で観察できる。
本発明の細胞状構造体の別の興味深い特性はこ
の構造体の表面積に関するものである。
直径で約5ミクロンの内部連絡した球状空洞か
らなる細胞状微孔性構造体の理論的表面積は約2
−4平方メートル/gである。本発明により製造
された微孔性重合体は表面積の理論的限界に限定
される必要はないことが判明した。エス・ブルナ
オエル、(S.Brunauer)、ピー・エツチ・エメツ
ト(P.H.Emett)及びイー・テーラー(E.Telle
の“The Adsorption of Gases in
Multimolecular Layers”J.Am.Chem.Soc.,60,
309−16(1938)に記載されるB.E.T.法による表
面積の測定により、ポリプロピレン及びN,N−
ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ−アミンから
作つた微孔性重合体に関して、第表に示すよう
にボイドスペースと関連しないずつと過剰の理論
的モデルの表面積が判つた。
第表
%ボイド 比表面積
89.7 96.2m2/g
72.7 95.5
60.1 98.0
50.5 99.8
28.9 88.5
表面積は基本構造体に影響することなしに微孔
性重合体の注意深いアニールにより減少できる。
液体成分としてN,N−ビス(2−ヒドロキシエ
チル)タロ−アミンを使用して75%ボイドスペー
スで作られた微孔性ポリプロピレンが抽出されそ
して室温を越えない温度で乾燥され、そして続い
て表面積に影響するように加熱される。初期表面
積は96.9m2/gであつた。62℃で11の40分加熱時
間の後に、表面積は66m2/gに低下した。別に66
時間60℃で更に加熱すると表面積は51.4m2/gに
減少した。52時間90℃で別の試料の処理は表面積
を96.9から33.7m2/gへ減少させた。電子顕微鏡
写真により調べるとこの微孔性構造体はあまり変
化していなかつた。これらの結果を第表に要約
する。[Front] Ami
hmm
It is clear from Tables 1 and 2 that for increasing cooling rates, the cell size of the resulting composition generally decreases. Furthermore, for a polymer/liquid system consisting of 20% polypropylene and 80% N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine, cooling rates of about 1350 to 1700°C per minute change from essentially cellular to non-cellular. It is clear that the transition is complete in the nature of the resulting polymer into cellular form. This transition of the resulting structure corresponds to the fact that the polymer is substantially solidified after liquid-liquid phase separation has begun, but before the formation of multiple droplets as described above. Additionally 40% polypropylene and 60% N,N-
5 of bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine
Samples were prepared and heated to 235°C according to the above steps.
From the melting temperature of 690°C per minute to 7000°C per minute
Cooled at a rate of . It was determined that for this concentration of polypropylene and the amine described above, the cellular to non-cellular transition occurs at approximately 2000° C. per minute. Finally, three samples of 20% polypropylene and 80% N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine were prepared to examine the crystallinity of the structures prepared over a range of cooling rates. and cooled at rates of 20°C, 1900°C and 6500°C per minute. From the DSC-2 data for this sample, 3
It was determined that the degree of crystallinity of the samples was essentially equivalent. It can therefore be seen that variations in the cooling rate have no significant effect on the degree of crystallinity of the resulting structure. However, it was determined that as the rate of cooling increased significantly, the results produced were less complete as expected. Removal of Liquid Forming a homogeneous solution of polymer and liquid and cooling the solution in a manner suitable to yield a material with suitable handling strength, then e.g. On the other hand, it is a non-solvent,
The liquid can be removed to form a microporous product by extraction with a suitable solvent for the liquid. The relative miscibility or solubility of the liquid in the solvent used determines its effectiveness, in part, with respect to the time required for extraction. Also, if desired, this extraction or leaching operation is carried out at elevated temperatures below the softening point of the polymer to reduce time requirements. Examples of useful solvents include isopropanol, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, ethanol and heptane. The time required will vary depending on the liquid used, the temperature used and the degree of extraction required.
More particularly, in some cases, the liquid used in the system
It is unnecessary to extract 100% and small amounts are acceptable, depending on the requirements of the intended end-use application. The time required therefore varies anywhere from a few minutes to perhaps up to 24 hours or more, depending on many factors, including the thickness of the sample. Liquid removal may also be obtained by other known techniques. Examples of other useful removal techniques include evaporation, sublimation, and displacement. Furthermore, when using conventional liquid extraction techniques, the cellular microporous polymeric structures of the present invention exhibit a release of the liquid contained in the structure in a manner approaching zero order, i.e., the rate of release is likely to be high. It is noteworthy that after the initial period of , it remains essentially constant.
In other words, the rate of release is independent of the amount of liquid released; thus, for example, the rate at which liquid is extracted after three-quarters of the liquid has been removed from the structure is the same as when half of the structure is filled with liquid. It is roughly the same as when An example of this system showing an essentially constant release rate is the extraction of N,N-bis-(2-hydroxyethyl)tallow-amine from polypropylene with isopropanol as the extractant. Also, in either situation there will likely be an initial induction period before the rate of release can be ascertained. When liquid release can be driven by evaporation, the rate of release tends to be linear. Characterization of Microporous Polymeric Cellular Structures The microporosity that forms when cooling of a polymer/liquid solution occurs such that a large number of droplets form as described above and the liquid is removed therefrom. The product forms a cellular structure comprising a series of substantially uniform, closed microcells in micro-dimensions and substantially uniformly distributed throughout the structure. Adjacent cells interconnect by smaller pores or passageways. This basic structure can be seen from the micrographs in FIGS. 4 and 5. It should be appreciated that the individual cells are actually closed but appear open in the micrograph due to the disruption involved in the sample preparation for taking the micrograph. In the micro-dimensions, at least for crystalline polymers, this structure appears to have surfaces similar to fracture planes along the edges of crystal growth (see Figure 2), and in Figure 3. As you can see, it has a coral-like appearance. This cellular structure further resembles a zeolite clay structure, which contains distinct "chamber" and "entrance" areas. This cell corresponds to the larger chamber area of the zeolite structure, while the pore corresponds to the inlet area. Generally, in cellular structures, the average diameter of cells varies from about 1/2 to about 100 microns,
The present invention is about 1 to about 20 microns. On the other hand, the average diameter of the pores or interconnecting passageways is typically of a smaller dimension than the main body, for example, when the cell diameter of the microporous polymeric structures of the present invention is about 1 micron, the pores or The average diameter of the intercommunicating passageways is about 0.1 micron. As noted above, the cell diameter and also the diameter of the pores or passageways will depend on the particular polymer-liquid system involved, the rate of cooling and the relative amounts of polymer and liquid used. However, a wide range of cell to pore ratios is possible, such as from about 2:1 to about 200:1;
Typically the ratio is about 5:1 to about 40:1. As can be seen from the several figures, some of the exemplary cellular microporous polymer products do not have the unique microcellular structures described herein. However, it must be recognized that in some cases this structure may be masked by other modifications resulting from the particular liquid or polymer involved or the relative amounts used. This masking may be done in whole or in part.
They range from small polymer particles attached to the cell walls to coarse "leaf-shaped" polymer deposits, which tend to completely mask the underlying structures in micrographs. Thus, for example, and as can be seen in Figures 21 and 25, small polymer spheres are attached to the cell cavities of the structure. This redundant formation can be understood with respect to the nucleation and growth concepts described above. Therefore, in systems with very high solvent or liquid contents, the maximum cavity size is typically relatively large. This means that the time required for the cavity or droplet to reach its maximum size increases as well. During this time, extra nuclei can form nearby. The two or more nuclei then come into contact with each other before each reaches its maximum dimension. In this case, the resulting cellular structure has a lower integrity and a slightly lower regularity than the basic structure described above. Furthermore, even after the droplets have reached their maximum size, depending on the system involved, this solvent or liquid phase may still contain some residual polymer, or vice versa. In this situation,
As the system continues to cool, some additional residual phase separation occurs. When this residual polymer simply separates from the solution, polymer spheres can form as shown in FIGS. 21 and 25. On the other hand, if residual polymer diffuses into the polymer skin, this wall exhibits a hair-like and irregular appearance, thus providing a "leaf-shaped" structure. This "leaf" structure may mask only a portion of the basic structure, as seen in FIGS. 28 and 29, or it may mask the entire structure, as shown in FIG. This "leaf" structure is also more likely to occur with certain polymers. Accordingly, microporous low density polyethylene structures typically provide this type of structure, perhaps due to the solubility of the polyethylene in the particular liquid used. This can be observed from FIG. Moreover, when the level of liquid used is very high, this will also occur with polymers such as polypropylene that would otherwise present a basic structure.
This is because the basic structure of Figure 8 and the "leaf" structure of the microporous product of Figure 6 have a polymer content of 40% by weight compared to 10% polypropylene in the structure shown in Figure 6. This can be easily observed by comparing. For most applications, it is preferred to use a system that results in the formation of elementary cellular structures. The relative homogeneity and regularity of this structure provides predictable results as required for filtration applications. However, leaf structures are more desirable when relatively high surface area structures are desired, such as in ion exchange or various adsorption processes. As can also be observed, some of the structures have pores in the cell walls. This phenomenon can also be understood in terms of the concepts of nucleation and growth. Thus, in parts of the system where a few spatially connected droplets have already reached their maximum size, each droplet is sealed with a polymer-rich skin. However, in some cases, some solvent becomes trapped between the sealed droplets but cannot continue to migrate into the larger droplets due to the impermeability of the skin. Thus, in this case, a liquid nucleus forms and grows, resulting in a small cavity embedded adjacent to a large droplet. After extraction of the liquid, this smaller droplet appears as a pore. This can be observed in the microporous structures shown in Figures 11-12 and 20. Another interesting property of the cellular structure of the invention concerns the surface area of this structure. The theoretical surface area of a cellular microporous structure consisting of interconnected spherical cavities approximately 5 microns in diameter is approximately 2
-4 square meters/g. It has been found that microporous polymers made according to the present invention need not be limited to the theoretical limits of surface area. S.Brunauer, PHEmett and E.Telle
“The Adsorption of Gases in
Multimolecular Layers”J.Am.Chem.Soc., 60,
309-16 (1938), polypropylene and N,N-
For microporous polymers made from bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine, the theoretical model surface area of the excess and no associated void space was determined as shown in Table 1. Table % Void Specific Surface Area 89.7 96.2 m 2 /g 72.7 95.5 60.1 98.0 50.5 99.8 28.9 88.5Surface area can be reduced by careful annealing of the microporous polymer without affecting the basic structure.
Microporous polypropylene made with 75% void space using N,N-bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine as the liquid component is extracted and dried at a temperature not exceeding room temperature, and subsequently the surface area heated to affect. The initial surface area was 96.9 m 2 /g. After 11 40 minute heating times at 62° C., the surface area decreased to 66 m 2 /g. Separately 66
Further heating at 60° C. for an hour reduced the surface area to 51.4 m 2 /g. Treatment of another sample at 90° C. for 52 hours reduced the surface area from 96.9 to 33.7 m 2 /g. When examined by electron micrograph, this microporous structure did not change much. These results are summarized in Table 1.
【表】
本発明の細胞状構造体の独特な特徴の一つは構
造体を通して均一に分布される明確な、実質上球
状の、閉鎖マイクロ細胞及びこの細胞を内部連絡
する明確な孔の両方の存在に関するものであり、
この孔が前記の細胞より小さな直径を有すること
は極めて明らかである。更に前記の細胞及び内部
連絡する孔は本質上空間的配向を有せず、そして
等方性として分類できる。かくして、例えば構造
体を通して液体の流れに対して、好適方向は存在
しない。これはこのような細胞状構造体を示さな
い従来技術の材料と著しい対照をなす。多くの従
来技術の系は定義できる構造的形状を欠いている
特徴のない構造を有する。それ故に高度に均質な
材料を必要とする多くの適用に対して特に望まし
い、このような程度の均質性を有する微孔性構造
体が作られることは極めて驚くべきことである。
この細胞状構造体は孔の直径(“P”)に対する
細胞の平均直径(“C”)の比率に関して定義でき
る。従つて、前記に論議したようなC/P比は約
2ないし約200で異なり、約5ないし約100が代表
的であり、そして約5ないし約40が更に代表的で
ある。このC/P比は任意の従来技術の微孔性重
合体生成物から本発明の細胞状構造体を区別す
る。明確な細胞及び孔を有する従来技術の合成熱
可塑性重合体構造体は知られていないので、すべ
てのこの従来技術の材料は1の細胞対孔の比を有
すると考えられねばならない。
本発明の細胞状構造体の特性を表示する別の手
段はシヤープネス因子“S”によるものである。
このS因子は与えられた構造体に対して水銀浸入
曲線を分析することによつて決定される。本願で
論議されるすべての水銀浸入データはマイクロメ
リテイツクス水銀浸透多孔度計、910型シリーズ
の使用により測定した。このS値は水銀の15%が
浸透する圧力に対する水銀の85%が浸透する圧力
の比率として定義される。この比率は与えられた
試料で孔の中心の70%にわたつて孔直径の変動の
直接指示であり、この孔直径はp.s.i.の圧力で割
られた176.8に等しい。
次にこのS値は水銀の85%が侵入した孔の直径
に対する水銀の15%が侵入した孔の直径の比率で
ある。水銀侵入の1ないし15%及び85ないし100
%に対する範囲はS因子を決定する際には無視さ
れる。0ないし15%の範囲内の浸透は水銀浸入調
査前に材料が受けた凍結破壊の結果として材料に
導かれたひび割れによるのでこの範囲は無視され
る。また、85ないし100%の範囲内のデータは孔
へ水銀の実際の浸透よりむしろ試料の圧縮による
のでこの範囲は無視される。
本発明の組成物により示される狭い範囲の孔径
に特有に、この構造体に対する通常のS値は約1
ないし約30の範囲内であり、約2ないし約20が代
表的であり、そして約2ないし約10が更に代表的
である。
構造体中の細胞の平均寸法は、約1ないし約20
ミクロンである。示されるように細胞寸法は使用
される特定の樹脂及び相溶性液体、重合体対液体
の比率及び特定の微孔性重合体を形成するように
使用される冷却速度に応じて異なる。同じ変数は
また生成する構造体の孔の平均寸法に効果を有
し、これは本発明においては、約0.05ないし約1
ミクロンであるが、特に、約0.1ないし約1ミク
ロンが代表的である。本願を通して細胞及び/又
は孔径に対するすべての参照は特記しない限り、
ミクロンで、この細胞又は孔の平均直径に関する
ものである。
本発明の細胞状微孔性重合体に対して、前記の
因子、細胞寸法、孔寸法及びSを決定することに
よつて、本発明の細胞状微孔性重合体を正確に定
義できる。細胞対孔の比のlog(“logC/P”)及
びシヤープネス関数S対細胞寸法の比のlog
(“logS/C”)に関して重合体を定義する特に有
用な手段がある。従つて本発明の細胞状微孔性重
合体は約0.2ないし約2.4のlogC/P及び約−1.4な
いし約1.0のlogS/Cを有し、更に通常には、前
記の重合体は約0.6ないし約2.2のlogC/P及び約
−0.6ないし約0.4のlogS/Cを有する。
非細胞状構造体
多数の液滴の形成前に重合体が実質上固化する
ような速度で均質溶液の冷却から生ずる本発明の
非細胞状構造体は主として実際の孔径及び構造体
の空間均質性と共に材料の狭い孔径分布に関して
特徴づけられる。
特に、この非細胞状微孔性重合体は細胞状構造
体に関して前記のように、シヤープネス関数Sに
より特徴づけられる。非細胞状構造体により示さ
れるS値は約1ないし約30の範囲に及び、約1な
いし約10が好適でありそして約6ないし約9が更
に好適である。しかしながら、材料の孔径が約
0.2ないし約1ミクロンの範囲に及ぶ時には、S
値は約5ないし約10の範囲に及び、かつ代表的に
は約5ないし10の範囲に及ぶ。この寸法の微孔度
を有するオレフイン系及び酸化重合体に対するこ
のS値はこれまで未知であり、ただし延伸技術に
より作られた高度に配向された、薄いフイルムの
場合を除く。かくして空間平面に沿つてとられた
重合体の断面は本質上同一の構造的特徴を示す。
本発明の非細胞状構造体の孔径は通常には約
0.05ないし約1ミクロンの範囲内にあり、約0.1
ないし約1ミクロンが代表的であり、そして約
0.2ないし1.0ミクロンが更に代表的である。
本発明の驚くべき特徴はオレフイン系及び酸化
重合体から等方性微孔性構造体を生ずる性能であ
ることは明らかであり、この構造は約0.2ないし
約1ミクロンの範囲内の多孔度及び約1ないし約
10のシヤープネス値を有する。この構造体が薄い
フイルムのみではなく、かつまたブロツク及び複
雑な成形品の形に作られることが特に驚くべきこ
とである。
一 般
金属板のような基質上に注入することによりフ
イルム又はブロツクを形成する時に、例えば板と
接触している本発明の微孔性重合体構造体の表面
は非細胞状である表面皮を含む。他の表面は、対
照して、代表的には全体として開放されている。
皮の厚さは特定の系並びに使用された特定の工程
パラメータに従つて若干異なる。しかしながら、
代表的には、皮の厚さは単一細胞壁の厚さに大体
等しい。特定の条件に応じて、この皮は液体の通
過に全体的に不浸透であるものから若干の程度の
液体多孔性を示すものに及ぶ。
単一細胞状構造体が最終の適用のために所望さ
れる場合には、この表面皮は幾つかの技術の何れ
かにより除去できる。例として、この皮は研摩、
針で皮に孔を開けること、又は異なる速度のロー
ラにフイルム又は他の構造体を通過させることに
よつて皮を破壊することのような幾つかの機械的
手段の何れかを使用することによつて除去でき
る。別法として、この皮はマイクロトーミングに
より除去できた。この皮はまた化学的手段、即ち
重合体に対して好適な溶媒で短い接触により除去
できる。
例えば、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチ
ル)タロ−アミン中のポリプロピレンの溶液がエ
ンドレスステンレス鋼ベルトコンベア上に薄いフ
イルムとして練続して押出される時には、溶液適
用帯の直前でベルトに少量の液体溶媒の適用は溶
液−鋼界面に形成される表面を有効に除去する。
有用な液体はイソパラフイン系炭化水素、デカ
ン、デカリン、キシレンのような材料及びキシレ
ン−イソプロパノール及びデカリン−イソプロパ
ノールのような混合物である。
しかしながら、幾つかの最終用途の適用のため
に、皮の存在は有害ではないのみでなく、必要な
成分である。例えば、公知のように、限外ろ過又
は他の膜型適用は薄い、液体不浸透性フイルムを
使用する。従つて、この適用では、本発明の構造
体の微孔性部分はこの適用において機能性膜であ
る表面皮に対する支持体として特定の用途を有す
る。全体に細胞状構造体はまた直接に種々の技術
により製造できる。かくして、例えば、重合体−
液体系は空気又は例えばヘキサンのような液体媒
体へ押出すことができた。
前記に論議したように、本発明の微孔性重合体
構造体は独特な構造体及びその相対均質性を示し
ている極めて狭い寸法分布を有する細胞及び孔の
直径を有する。孔の直径の狭い寸法分布は第30
−33図から判るように、水銀浸入データから明
らかである。構造体がフイルム(第30−32
図)又はブロツク(第33図)の形の何れでもか
かわりなく同一の一般分布が得られる。本発明の
微孔性構造体の特有な孔径分布は実施例に関連し
て詳細に記載されるように、例えば米国特許第
3310505号及び第3378507号に記載される従来法に
より得られる従来の微孔性重合体生成物の著しく
広い孔径分布と著しい対照をなす。
本発明に従つて製造された微孔性重合体の何れ
に対しても、特定の最終用途の適用は代表的には
ボイドスペースの量及び孔径要件を決定する。例
えば、プレフイルター適用に対して、孔径は代表
的には0.5ミクロン以上であり、一方限外ろ過で
は、孔径は約0.1ミクロン以下である。
微孔性構造体が実際に、機能的に有用な液体の
ための容器として役立つ場合の適用において、強
度を考慮すると含有される機能性液体の調節され
た放出を伴なうボイドスペースの量が指定され
る。同様に、この場合では、孔径は所望の放出の
速度により指定され、より小さな孔径はより遅い
速度の放出を供する。
微孔性構造体が難燃剤のような液体重合体添加
剤を固体に変換するために使用されるべき場合に
は、最小の強度が一般に望ましい;しかしこの最
小値と一致して、重合体は容器又はキヤリアとし
て役立つので、代表的にはできるだけ多くの液体
を使用することが望ましい。
機能的液体を包有する微孔性重合体
前記の論議から本発明の一特徴と一致して、重
合体添加剤(例えば難燃剤)のような機能的に有
用な液体を含有する微孔性生成物が製造され、こ
れは固体として挙動しかつ処理できる。この目的
のために、生成する微孔性重合体は所望の機能的
液体で再負荷される。これは従来の吸着技術で行
なわれ、そして取り上げられた液体の量は最初の
場合で微孔性重合体を形成する際に使用される液
体の量と本質上同一である。勿論、液体が重合体
に対して溶媒ではなく、又は作業温度で重合体を
攻撃し又は劣化しない限り、任意の有用な有機液
体が使用できる。機能的に有用な液体を含有する
微孔性生成物は液体が配合されるマトリツクスと
して、細胞状又は非細胞状構造体の何れかを有す
る微孔性重合体を使用することによつて形成でき
る。
同様に、この微孔性生成物は置換技術により製
造できる。この具体例に従つて、微孔性重合体中
間体が最初に製造され;そして次に所望の機能的
に有用な液体又は中間体の置換液体の何れかとこ
の液体が置換される。何れの場合でも、微孔性重
合体中間体を形成する際に使用される液体を抽出
するよりむしろ、この置換は従来の圧力又は直空
置換又は浸出技術により行なわれる。微孔性重合
体を形成するように抽出液体として使用できる機
能的又は中間体回換液体が使用でき、即ち重合体
に対して非溶媒であるが置換される液体に若干の
溶解性又は混和性を有する。明らかに、少量の置
換された液体又は複数の液体が置換後に残る。最
終用途の要件は代表的には所望の置換の程度を指
示する;従つて、約1ないし約10重量%の量は幾
つかの適用で許容できる。所要に応じて、複数の
置換及び/又は蒸発により容易に除去できる液体
を使用することは置換される本質上すべての液体
又は複数の液体の除去を許し、即ち約0.03重量%
以下又はその程度の残留液体が得られる。経済的
見地から、回収しかつ再使用できるように置換さ
れる液体から著しく異なる沸点を有する置換液体
を使用することが一般に望ましい。この理由で、
中間体置換液体を使用することが望ましい。
また有用な重合体−液体系の前記の例から明ら
かなように、重合体−機能的に有用な液体材料を
製造する別の方法は、多くの機能的に有用な液体
が固体の微孔性重合体中間を形成するように特定
の重合体と相溶性の液体として作用可能であるこ
とが判明したので、別の処理なしに微孔性重合体
中間体を使用することを含む。従つて、固体とし
て挙動する中間体は潤滑剤、表面活性剤、スリツ
プ剤、防虫剤、殺虫剤、可塑剤、薬剤、燃料添加
剤、研摩剤、安定剤、昆虫及び動物忌避剤、フラ
グランス、難燃剤、酸化防止剤、防臭剤、かぶり
防止剤、及び香料として有用な液体で直接作られ
る。例えば、低密度ポリエチレンでは、8又はそ
れ以上の炭素原子を有する脂肪族又は芳香族炭化
水素又は9又はそれ以上の炭素原子を有する非芳
香族炭化水素の何れかを使用することによつて潤
滑剤又は可塑剤を含有する有用な中間体が供され
る。8又はそれ以上の炭素原子を有するポリエト
キシル化脂肪族アミン又は非イオン性表面活性剤
を使用することによつて表面活性剤及び/又は湿
潤剤を含有する有用な生成物は低密度ポリエチレ
ンで形成できる。ポリプロピレンでは8又はそれ
以上の炭素原子を有するジエトキシル化脂肪族ア
ミンを使用することによつて表面活性剤含有中間
体が供される。フエニルメチルポリシロキサンを
使用することによつてスリツプ剤を含有するポリ
プロピレン中間体が製造でき、一方12ないし22炭
素原子を有する脂肪族アミドを使用することによ
つて低密度ポリエチレンスリツプ剤中間体が形成
される。8又はそれ以上の炭素原子を有する脂肪
族アミン又は12又はそれ以上の炭素原子を有する
脂肪族ジメチル第三アミンを使用することによつ
て低密度ポリエチレン燃料添加剤中間体が製造で
きる。この第三アミンはまたメチルペンテン重合
体と有用な添加剤中間体を形成する。安定剤を含
有する高密度及び低密度ポリエチレン中間体はア
ルキルアリールホスフアイトを使用することによ
り形成できる。
少くとも10の炭素原子を有する長鎖脂肪酸のグ
リセロールモノ又はジエステルを使用することに
よつてかぶり防止剤を含む低密度ポリエチレンの
中間体が供される。分子当り少くとも4のハロゲ
ン原子を有するポリハロゲン化芳香族炭化水素を
使用することにより難燃剤を配合した中間体が高
密度及び低密度ポリエチレン、ポリプロピレン及
びポリフエニレンオキシド−ポリスチレン配合物
で製造できる。勿論、有用な材料はここに記載し
たような相分離温度で液体であるべきである。有
用であることが判明した他の系は下記に示した実
施例に関して確認される。
更に、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、
及び低密度ポリエチレンに対して、動物忌避剤と
して特に有用であることが判明している特定の種
類のケトンが本発明の実施に一般に使用できる。
このケトンは7ないし19炭素原子を有する飽和脂
肪族ケトン、7ないし13炭素原子を有する不飽和
脂肪族ケトン、4−t−アミルシクロヘキサノン
及び4−t−ブチルシクロヘキサノンを含む。
下記の実施例は本発明を更に十分に説明するた
めに示され、かつ本発明の単なる例示でありかつ
その範囲を限定するつもりはない。特記しない限
り、すべての部と百分率は重量による。
製造の方法
下記の実施例に記載される多孔性重合体中間体
及び微孔性重合体を下記の工程により製造した:
A 多孔性重合体中間体
重合体と相溶性液体を混合すること、均質溶
液が形成されるように通常には樹脂の軟化点の
近く又はそれより上である温度にこの混合物を
加熱すること;そして次にこれに混合又は他の
せん断力なしに溶液を冷却して巨視的に固体の
均質塊を形成することにより多孔性重合体中間
体を形成する。中間体の固体ブロツクが形成さ
れるべき時には、この均質溶液を通常には金属
又はガラスから作られる適当な容器の中へ注入
することによつてこの溶液に所望の形状をとる
ことができ、そして特記しない限りこの溶液は
周辺室温で冷却するままにされる。室温条件下
で冷却の速度は試料の厚さ及び組成のような事
項に応じて異なるが、通常には分当り約10ない
し約20℃の範囲内である。この容器は代表的に
は約0.75ないし約2.5インチの直径を有する形
状が円筒状でありかつ溶液は代表的には約0.25
ないし約2.0インチの深さまで注入される。中
間体のフイルムが形成される時には、薄いフイ
ルムへ溶液の引抜きをできるのに十分な温度に
加熱した金属板上にこの均質溶液を注入する。
次にこの金属板をドライアイス浴と接触させて
その固化温度以下にフイルムを迅速に冷却す
る。
B 多孔性重合体
使用した相溶性液体を抽出して多孔性重合体
中間体を形成すること、代表的にイソプロパノ
ール又はメチルエチルケトンのような溶媒でこ
の中間体を繰返して洗浄することによつて微孔
性重合体を形成する。
実施例
下記の実施例は本発明の多孔性重合体中間体を
形成する際に有用である種々の重合体/相溶性液
体配合物の幾つか及び従来技術の又は市販の微孔
性生成物を示す。この中間体の固体ブロツクは例
示した配合物のすべてに対して形成され、そして
表に示した時には前記の工程を使用して、中間体
の薄いフイルムがまた形成された。下記の表に示
すように、中間体組成物の多くが使用され、中間
体組成物から相溶性液体を抽出するのに適当な溶
媒を使用することそして続いて例えば蒸発により
前記の溶媒を除去することによつて、本発明の微
孔性重合体を形成した。
下記の表に示すように、下記の実施例で例示さ
れる相溶性液体の多くは相溶性液体としてのみで
なく、また難燃剤、スリツプ剤等として有用であ
る機能的液体である。かくして、この機能的液体
で形成される中間体組成物は固体重合体添加剤
等、並びに多孔性重合体の形成に中間体として有
用である。下記の実施例にでてくる機能的液体は
“機能的液体の型式”の欄の下に次の記号の一つ
又はそれ以上の提示によりそのものが示される:
AF(かぶり防止剤);AO(酸化防止剤);AR(動
物忌避剤);FA(燃料添加剤);FG(フラグラン
ス);FR(難燃剤);IR(昆虫忌避剤);L(潤滑
剤);M(薬剤);MR(防虫剤);OR(防臭剤);P
(可塑剤);PA(研摩剤);PE(殺虫剤);PF(香
料);S(スリツプ剤);SF(表面活性剤)及びST
(安定剤)。
実施例 1ないし27
第表の実施例1ないし27は標準の製造法を使
用して、高密度ポリエチレン(“HDPE”)及び有
用であることが判明した相溶性液体から、約1.25
インチの半径及び約2インチの深さを有する円筒
状ブロツクの形に、均質多孔性重合体中間体の形
成を示す。この高密度ポリエチレンは0.3g/10
分のメルトインデツクス及び0.954g/c.c.の密度
を有する、プラスコン(Plaskon)AA55−003
(商品名)の下でアライドケミカルにより供給さ
れる。例示した中間体の多くを抽出して表に示す
ように多孔性重合体を形成した。
製造の詳細及び機能的に有用な液体の型式を第
表に記載する:[Table] One of the unique features of the cellular structure of the present invention is the presence of both well-defined, substantially spherical, closed microcells uniformly distributed throughout the structure and well-defined pores interconnecting the cells. It is about existence;
It is very clear that this pore has a smaller diameter than the cell. Furthermore, the cells and interconnecting pores have essentially no spatial orientation and can be classified as isotropic. Thus, for example, there is no preferred direction for the flow of liquid through the structure. This is in sharp contrast to prior art materials which do not exhibit such cellular structures. Many prior art systems have featureless structures lacking definable structural shapes. It is therefore quite surprising that microporous structures can be created with such a degree of homogeneity, which is particularly desirable for many applications requiring highly homogeneous materials. This cellular structure can be defined in terms of the ratio of the average cell diameter ("C") to the pore diameter ("P"). Accordingly, C/P ratios as discussed above vary from about 2 to about 200, with about 5 to about 100 being typical, and about 5 to about 40 being more typical. This C/P ratio distinguishes the cellular structures of the present invention from any prior art microporous polymeric products. Since no prior art synthetic thermoplastic polymer structures with distinct cells and pores are known, all this prior art material must be considered to have a cell to pore ratio of 1. Another means of indicating the properties of the cellular structures of the present invention is by the sharpness factor "S".
This S-factor is determined by analyzing the mercury intrusion curve for a given structure. All mercury infiltration data discussed in this application was measured using a Micromeritics mercury infiltration porosimeter, model 910 series. This S value is defined as the ratio of the pressure at which 85% of mercury penetrates to the pressure at which 15% of mercury penetrates. This ratio is a direct indication of the variation in pore diameter over the center 70% of the pore in a given sample, which is equal to 176.8 divided by the pressure in psi. This S value is then the ratio of the diameter of the pore into which 15% of the mercury has entered to the diameter of the pore into which 85% of the mercury has entered. 1 to 15% and 85 to 100 of mercury intrusion
The range for % is ignored in determining the S-factor. Penetration in the range of 0 to 15% is ignored as this range is due to cracks introduced into the material as a result of the freeze-fracture the material underwent prior to the mercury infiltration investigation. Also, data in the 85 to 100% range is due to compaction of the sample rather than actual penetration of mercury into the pores, so this range is ignored. Typical of the narrow range of pore sizes exhibited by the compositions of the present invention, typical S values for this structure are approximately 1
and about 30, with about 2 to about 20 being typical, and about 2 to about 10 being more typical. The average size of the cells in the structure is about 1 to about 20
It is micron. As shown, cell size will vary depending on the particular resin and compatible liquid used, the polymer to liquid ratio, and the cooling rate used to form the particular microporous polymer. The same variables also have an effect on the average pore size of the resulting structure, which in the present invention ranges from about 0.05 to about 1
Microns, with about 0.1 to about 1 micron being particularly typical. Throughout this application, all references to cells and/or pore size, unless otherwise specified, refer to
It refers to the average diameter of this cell or pore in microns. By determining the above factors, cell size, pore size and S for the cellular microporous polymer of the invention, the cellular microporous polymer of the invention can be accurately defined. log of the cell-to-pore ratio (“logC/P”) and log of the ratio of the sharpness function S to the cell size.
There is a particularly useful means of defining a polymer in terms of ("logS/C"). Accordingly, the cellular microporous polymers of the present invention have a logC/P of about 0.2 to about 2.4 and a logS/C of about -1.4 to about 1.0; It has a logC/P of about 2.2 and a logS/C of about -0.6 to about 0.4. Non-cellular Structures The non-cellular structures of the present invention resulting from the cooling of a homogeneous solution at such a rate that the polymer substantially solidifies before the formation of a large number of droplets are primarily dependent on the actual pore size and spatial homogeneity of the structure. and the narrow pore size distribution of the material. In particular, this non-cellular microporous polymer is characterized by a sharpness function S, as described above with respect to cellular structures. S values exhibited by non-cellular structures range from about 1 to about 30, with about 1 to about 10 being preferred and about 6 to about 9 being more preferred. However, the pore size of the material is approximately
When ranging from 0.2 to about 1 micron, S
Values range from about 5 to about 10, and typically from about 5 to 10. This S value for olefinic and oxidized polymers with microporosity of this size is hitherto unknown, except for highly oriented, thin films made by stretching techniques. Thus, cross-sections of the polymer taken along the spatial plane exhibit essentially the same structural characteristics. The pore size of the non-cellular structures of the present invention is typically about
In the range of 0.05 to about 1 micron, about 0.1
to about 1 micron is typical, and about
0.2 to 1.0 micron is more typical. It is clear that a surprising feature of the present invention is the ability to produce isotropic microporous structures from olefinic and oxidized polymers, with porosity in the range of about 0.2 to about 1 micron and about
It has a sharpness value of 10. It is particularly surprising that this structure is made not only as a thin film, but also in the form of blocks and complex moldings. General When forming a film or block by injection onto a substrate such as a metal plate, the surface of the microporous polymeric structure of the invention in contact with the plate, for example, may have a non-cellular surface skin. include. Other surfaces, in contrast, are typically entirely open.
Skin thickness will vary slightly depending on the particular system as well as the particular process parameters used. however,
Typically, the thickness of the skin is approximately equal to the thickness of a single cell wall. Depending on the particular conditions, this skin can range from being completely impermeable to the passage of liquids to exhibiting some degree of liquid porosity. If a single cell-like structure is desired for the final application, this skin can be removed by any of several techniques. As an example, this skin is polished,
using any of several mechanical means such as puncturing the skin with a needle or breaking the skin by passing the film or other structure through rollers at different speeds. It can be removed by twisting. Alternatively, this skin could be removed by microtoming. This skin can also be removed by chemical means, ie, by brief contact with a suitable solvent for the polymer. For example, when a solution of polypropylene in N,N-bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine is extruded as a thin film on an endless stainless steel belt conveyor, a small amount is deposited on the belt just before the solution application zone. The application of liquid solvent effectively removes the surface formed at the solution-steel interface.
Useful liquids are isoparaffinic hydrocarbons, materials such as decane, decalin, xylene, and mixtures such as xylene-isopropanol and decalin-isopropanol. However, for some end-use applications, the presence of skin is not only not harmful, but is a necessary ingredient. For example, as is known, ultrafiltration or other membrane-type applications use thin, liquid-impermeable films. Therefore, in this application, the microporous portion of the structure of the invention has particular use as a support for the surface skin, which is a functional membrane in this application. Whole cellular structures can also be produced directly by various techniques. Thus, for example, polymer-
The liquid system could be extruded into air or into a liquid medium such as hexane. As discussed above, the microporous polymeric structures of the present invention have cell and pore diameters with a very narrow size distribution indicating a unique structure and its relative homogeneity. The narrow size distribution of pore diameters is the 30th
As can be seen from Figure -33, this is clear from the mercury intrusion data. The structure is film (No. 30-32)
The same general distribution is obtained regardless of whether it is in the form of a block (Fig. 33) or a block (Fig. 33). The unique pore size distribution of the microporous structures of the present invention is described in detail in connection with the Examples, for example in US Pat.
This contrasts sharply with the significantly broader pore size distribution of conventional microporous polymer products obtained by the conventional processes described in 3310505 and 3378507. For any microporous polymer made in accordance with the present invention, the particular end-use application will typically determine the amount of void space and pore size requirements. For example, for prefilter applications, the pore size is typically 0.5 microns or greater, while for ultrafiltration, the pore size is about 0.1 micron or less. In applications where the microporous structure actually serves as a container for a functionally useful liquid, strength considerations dictate the amount of void space with controlled release of the contained functional liquid. It is specified. Similarly, in this case, the pore size is dictated by the desired rate of release, with smaller pore sizes providing slower rates of release. A minimum strength is generally desirable when the microporous structure is to be used to convert a liquid polymer additive, such as a flame retardant, into a solid; however, consistent with this minimum, the polymer It is typically desirable to use as much liquid as possible to serve as a container or carrier. Microporous Polymers Containing Functional Liquids From the foregoing discussion and consistent with one feature of the present invention, microporous polymers containing functionally useful liquids such as polymeric additives (e.g., flame retardants). An object is produced that behaves as a solid and can be processed. For this purpose, the resulting microporous polymer is reloaded with the desired functional liquid. This is done with conventional adsorption techniques, and the amount of liquid taken up is essentially the same as the amount of liquid used in forming the microporous polymer in the first case. Of course, any useful organic liquid can be used so long as the liquid is not a solvent for the polymer or will not attack or degrade the polymer at operating temperatures. Microporous products containing functionally useful liquids can be formed by using microporous polymers with either cellular or non-cellular structures as the matrix in which the liquid is incorporated. . Similarly, this microporous product can be produced by displacement techniques. According to this embodiment, a microporous polymeric intermediate is first prepared; and this liquid is then replaced with either the desired functionally useful liquid or an intermediate replacement liquid. In either case, rather than extracting the liquid used in forming the microporous polymeric intermediate, this displacement is accomplished by conventional pressure or direct air displacement or leaching techniques. Functional or intermediate recycling liquids can be used that can be used as extraction liquids to form microporous polymers, i.e. non-solvents for the polymers but with some solubility or miscibility in the liquids being replaced. has. Obviously, a small amount of the displaced liquid or liquids remains after displacement. End-use requirements typically dictate the degree of substitution desired; therefore, amounts of about 1 to about 10% by weight are acceptable in some applications. If desired, using liquids that can be easily removed by multiple displacement and/or evaporation allows removal of essentially all the liquid or liquids being replaced, i.e. about 0.03% by weight.
Less or more residual liquid is obtained. From an economic standpoint, it is generally desirable to use a replacement liquid that has a significantly different boiling point from the liquid being replaced so that it can be recovered and reused. For this reason,
It is desirable to use intermediate displacement liquids. As is also clear from the foregoing examples of useful polymer-liquid systems, another method of making polymer-functionally useful liquid materials is that many functionally useful liquids have a solid microporous structure. This includes the use of microporous polymeric intermediates without further processing, as it has been found that they can act as liquids that are compatible with certain polymers to form polymeric intermediates. Intermediates that behave as solids can therefore be used as lubricants, surfactants, slip agents, insect repellents, insecticides, plasticizers, pharmaceuticals, fuel additives, abrasives, stabilizers, insect and animal repellents, fragrances, Made directly with liquids useful as flame retardants, antioxidants, deodorants, antifoggants, and fragrances. For example, in low density polyethylene, lubricants can be lubricated by using either aliphatic or aromatic hydrocarbons with 8 or more carbon atoms or non-aromatic hydrocarbons with 9 or more carbon atoms. Or useful intermediates containing plasticizers are provided. Useful products containing surfactants and/or wetting agents are formed with low density polyethylene by using polyethoxylated aliphatic amines having 8 or more carbon atoms or nonionic surfactants. can. In polypropylene, the use of diethoxylated aliphatic amines having 8 or more carbon atoms provides a surfactant-containing intermediate. By using phenylmethylpolysiloxanes, polypropylene intermediates containing slip agents can be prepared, while by using aliphatic amides having 12 to 22 carbon atoms, low density polyethylene slip agent intermediates can be prepared. It is formed. Low density polyethylene fuel additive intermediates can be made by using aliphatic amines having 8 or more carbon atoms or aliphatic dimethyl tertiary amines having 12 or more carbon atoms. This tertiary amine also forms a useful additive intermediate with the methylpentene polymer. High density and low density polyethylene intermediates containing stabilizers can be formed by using alkylaryl phosphites. The use of glycerol mono- or diesters of long chain fatty acids having at least 10 carbon atoms provides a low density polyethylene intermediate containing an antifoggant. By using polyhalogenated aromatic hydrocarbons having at least 4 halogen atoms per molecule, flame retardant-loaded intermediates can be prepared in high-density and low-density polyethylene, polypropylene and polyphenylene oxide-polystyrene blends. . Of course, useful materials should be liquid at phase separation temperatures as described herein. Other systems found to be useful are identified with respect to the examples set forth below. Furthermore, polypropylene, high density polyethylene,
and low density polyethylene, certain types of ketones that have been found to be particularly useful as animal repellents can generally be used in the practice of this invention.
The ketones include saturated aliphatic ketones having 7 to 19 carbon atoms, unsaturated aliphatic ketones having 7 to 13 carbon atoms, 4-t-amylcyclohexanone and 4-t-butylcyclohexanone. The following examples are presented to more fully illustrate the invention, and are merely illustrative of the invention and are not intended to limit its scope. All parts and percentages are by weight unless otherwise specified. Method of Production The porous polymer intermediate and microporous polymer described in the following examples were produced by the following steps: A. Porous Polymer Intermediate Mixing the polymer and a compatible liquid, homogeneously Heating this mixture to a temperature, usually near or above the softening point of the resin, so that a solution is formed; and then cooling the solution without mixing or other shear forces to form a macroscopic solution. The porous polymer intermediate is formed by forming a solid homogeneous mass. When a solid block of intermediate is to be formed, this homogeneous solution can be given the desired shape by pouring it into a suitable container, usually made of metal or glass, and The solution is left to cool at ambient room temperature unless otherwise specified. Under room temperature conditions, the rate of cooling will vary depending on such factors as sample thickness and composition, but is typically within the range of about 10 to about 20 degrees Celsius per minute. The container is typically cylindrical in shape with a diameter of about 0.75 to about 2.5 inches and the solution is typically about 0.25 to about 2.5 inches in diameter.
Injected to a depth of approximately 2.0 inches. When the intermediate film is formed, this homogeneous solution is poured onto a metal plate heated to a temperature sufficient to allow drawing of the solution into a thin film.
The metal plate is then brought into contact with a dry ice bath to rapidly cool the film below its solidification temperature. B. Porous Polymers Microporous polymers are made by extracting the compatible liquid used to form a porous polymer intermediate, typically by repeatedly washing this intermediate with a solvent such as isopropanol or methyl ethyl ketone. form a polymer. EXAMPLES The following examples demonstrate some of the various polymer/compatible liquid formulations and prior art or commercially available microporous products useful in forming the porous polymeric intermediates of the present invention. show. Solid blocks of this intermediate were formed for all of the exemplified formulations, and thin films of the intermediate were also formed using the above process when indicated in the table. As shown in the table below, many of the intermediate compositions are used and involve the use of a suitable solvent to extract the compatible liquid from the intermediate composition and subsequent removal of said solvent, e.g. by evaporation. In particular, a microporous polymer of the present invention was formed. As shown in the table below, many of the compatible liquids exemplified in the Examples below are functional liquids that are useful not only as compatible liquids, but also as flame retardants, slip agents, and the like. Thus, intermediate compositions formed with this functional liquid are useful as solid polymer additives, etc., as well as intermediates in the formation of porous polymers. The functional liquids appearing in the examples below are identified as such by the presentation of one or more of the following symbols under the column "Type of functional liquid":
AF (antifoggant); AO (antioxidant); AR (animal repellent); FA (fuel additive); FG (fragrance); FR (flame retardant); IR (insect repellent); L (lubricant) agent); M (medicine); MR (insect repellent); OR (deodorant); P
(plasticizer); PA (abrasive); PE (insecticide); PF (fragrance); S (slip agent); SF (surfactant) and ST
(Stabilizer). Examples 1 to 27 Examples 1 to 27 of the Table are prepared using standard manufacturing methods from high density polyethylene (“HDPE”) and compatible liquids found to be useful.
The formation of a homogeneous porous polymeric intermediate is shown in the form of a cylindrical block having a radius of inches and a depth of about 2 inches. This high density polyethylene is 0.3g/10
Plaskon AA55-003 with a melt index of 100 min and a density of 0.954 g/cc
Supplied by Allied Chemical under the trade name (trade name). Many of the illustrated intermediates were extracted to form porous polymers as shown in the table. The manufacturing details and types of functionally useful liquids are given in the table:
【表】
フエニル
[Table] Phenyl
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】
(1) スチレン化束縛フエノールに対するアクゾ
ケミー社の商品名
[Table] (1) Akzochemy's product name for styrenated bound phenols
【表】
(1) アクゾーケミー社のスチレン化束縛フエノー
ル。
実施例38及び122の多孔性の顕微鏡写真を第2
8図及び第29図を各々示す。2000倍率の顕微鏡
写真は試料を通して均一に存在した“葉”の著し
い量を有する細胞状構造体を示す。
実施例 189ないし193
第表に実施例190ないし194はガラス皿に溶液
を注入して約1.75インチの半径及び約0.25インチ
の深さを有する円筒状ブロツクを形成し、ただし
指示した場合には標準の製造法を使用して、“ノ
リル”重合体及び有用であることが判明した相溶
性液体から形成することにより、均質多孔性重合
体中間体の形成を示す。この指示した場合には、
微孔性重合体を同様に製造した。
製造の詳細及び機能的に有用な液体の型式を第
表に記載する:[Table] (1) Styrenated bound phenols from Akzo Chemie.
A second photomicrograph of the porosity of Examples 38 and 122
8 and 29 are shown, respectively. The 2000x magnification photomicrograph shows cellular structures with a significant amount of "lobes" that were uniformly present throughout the sample. Examples 189 to 193 Examples 190 to 194 in the table inject solutions into glass dishes to form cylindrical blocks having a radius of about 1.75 inches and a depth of about 0.25 inches, except for standard demonstrates the formation of a homogeneous porous polymeric intermediate by forming it from a "noryl" polymer and a compatible liquid that has been found to be useful. If this instruction is given,
Microporous polymers were similarly prepared. The manufacturing details and types of functionally useful liquids are given in the table:
【表】【table】
【表】
実施例192の微孔性重合体の顕微鏡写真を第2
5図に示す。2500倍の顕微鏡写真は細胞の壁の上
に球状樹脂沈着物を有するマイクロ細胞状構造体
を示す。
実施例 194ないし236
第表で実施例194ないし236は標準の製造工程
を使用して、ポリプロピレン(“PP”)及び有用
であることが判明した相溶性液体から、約1.25イ
ンチの半径及び約0.5インチの深さを有する円筒
状ブロツクの形で、均質多孔性重合体中間体の形
成を示す。更に、示した実施例では、深さ約6イ
ンチのブロツク及び/又は薄いフイルムを作つ
た。また示したように、微孔性重合体を製造し
た。
製造の詳細及び機能的に有用な液体の型式を第
表に記載する:[Table] The micrograph of the microporous polymer of Example 192 is shown in the second table.
It is shown in Figure 5. A 2500x micrograph shows microcellular structures with spherical resin deposits on the cell walls. Examples 194-236 In the table, Examples 194-236 were prepared using standard manufacturing processes from polypropylene ("PP") and compatible liquids found to be useful, with a radius of about 1.25 inches and about 0.5 The formation of a homogeneous porous polymeric intermediate is shown in the form of cylindrical blocks having a depth of inches. Additionally, in the examples shown, blocks and/or thin films were made that were approximately 6 inches deep. Also as shown, microporous polymers were prepared. The manufacturing details and types of functionally useful liquids are listed in the table:
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】
実施例225の多孔性重合体の顕微鏡写真を第2
ないし第5図に示す。55倍及び550倍の第2図及
び第3図の顕微鏡写真は各々重合体の微細な細胞
状構造体並びに内部連絡する孔を示す。
実施例 237ないし243
第表の実施例237ないし243は標準の製造工程
を使用して、ポリ塩化ビニル(“PVC”)及び有
用であることが判明した相溶性液体から、約1.25
インチの半径及び約0.5インチの深さを有する円
筒状ブロツクの形で、均質多孔性重合体中間体の
形成を示す。例示した中間体の多くは抽出され
て、表に示すように多孔性重合体を形成する。
製造の詳細及び機能的に有用な液体の型式を第
表に記載する:[Table] The micrograph of the porous polymer of Example 225 is shown in the second table.
As shown in FIGS. The micrographs of Figures 2 and 3 at 55x and 550x respectively show the fine cellular structure and interconnecting pores of the polymer. Examples 237 to 243 Examples 237 to 243 of the Table are made using standard manufacturing processes from polyvinyl chloride (“PVC”) and compatible liquids found to be useful.
The formation of a homogeneous porous polymeric intermediate is shown in the form of a cylindrical block having a radius of 1 inch and a depth of about 0.5 inch. Many of the illustrated intermediates are extracted to form porous polymers as shown in the table. The manufacturing details and types of functionally useful liquids are listed in the table:
【表】【table】
【表】
実施例242の多孔性重合体の顕微鏡写真を第2
7図に示す。2000倍の顕微鏡写真は細胞寸法がよ
り大きくかつ匹敵し得る倍率で更に容易に観察し
得る第7、第13、第18、第20及び第24図
により示される細胞状構造体と対照してこの微孔
性重合体の極めて小さい細胞寸法を示す。この顕
微鏡写真はまた基本細胞状構造体をマスクする多
量の樹脂の存在を示す。
実施例 244ないし255
第表の実施例244ないし255は標準の製造工程
を使用して、メチルペンテン(“MPP”)及び有
用であることが判明した相溶性液体から、約1.25
インチの半径及び約2.0インチの深さを有する円
筒状ブロツクの形で、均質多孔性重合体中間体の
形成を示す。例示した中間体の多くは抽出されて
表に示したように多孔性重合体を形成した。
製造の詳細及び機能的に有用な液体の型式を第
表に記載する:[Table] The micrograph of the porous polymer of Example 242 is shown in the second table.
It is shown in Figure 7. The 2000x micrograph shows this in contrast to the cellular structures shown by Figures 7, 13, 18, 20, and 24, where the cell size is larger and more easily observed at comparable magnification. Figure 2 shows the extremely small cell size of microporous polymers. This photomicrograph also shows the presence of large amounts of resin masking the elementary cellular structures. Examples 244 to 255 Examples 244 to 255 of the Table are prepared using standard manufacturing processes from methylpentene (“MPP”) and compatible liquids found to be useful.
The formation of a homogeneous porous polymeric intermediate is shown in the form of a cylindrical block having a radius of 1 inch and a depth of about 2.0 inches. Many of the illustrated intermediates were extracted to form porous polymers as shown in the table. The manufacturing details and types of functionally useful liquids are given in the table:
【表】【table】
【表】【table】
【表】
* この液体は固体から抽出され
た。
実施例253の多孔性重合体の顕微鏡写真を第2
2図で示す。2400倍の顕微鏡写真は第14図に観
察した構造と比較できる、極めて平らにされた細
胞壁を示す。
実施例 256ないし266
第XI表の実施例256ないし266は標準の製造工程
を使用して、ポリスチレン(“PS”)及び有用で
あることが相溶性液体から、約1.25インチの半径
及び約0.5インチの深さを有する円筒状ブロツク
の形で、均質多孔性重合体中間体の形成を示す。
例示した中間体のすべては抽出されて多孔性重合
体を形成する。
製造の詳細及び機能的に有用である液体の型式
を第XI表に記載する。[Table] * This liquid was extracted from a solid.
A second photomicrograph of the porous polymer of Example 253
This is shown in Figure 2. The 2400x micrograph shows a highly flattened cell wall, comparable to the structure observed in Figure 14. Examples 256 to 266 Examples 256 to 266 of Table The formation of a homogeneous porous polymeric intermediate is shown in the form of a cylindrical block with a depth of .
All of the illustrated intermediates are extracted to form porous polymers. Manufacturing details and types of functionally useful liquids are given in Table XI.
【表】【table】
【表】
実施例260の微孔性重合体の顕微鏡写真を第2
6図に示す。この細胞は第4、第7、第13、第
18及び第25図に示す細胞と比較して小さい
が、基本マイクロ細胞状構造体がある。
実施例 267
本例は標準の製造工程を使用しかつ混合物を
280℃に加熱して、30%高衝撃ポリスチレン(1)及
び70%ヘキサブロモビフエニルから均質多孔性中
間体の形成を示す。このように形成された重合体
中間体は直径約2.5インチ及び深さ約0.5インチで
ある。ヘキサブロモビフエニルが難燃剤として有
用でありそして多孔性中間体が固体難燃剤添加剤
として有用である。
実施例 268
本例は標準の製造工程を使用しかつ混合物を
220℃に加熱して、25%のアクリロニトリル−ブ
タジエン−スチレンターポリマー(2)及び75%のジ
フエニルアミンから均質多孔性重合体中間体の形
成を示す。このように形成された重合体中間体は
直径約2.5インチそして深さ約2インチであつた。
ジフエニルアミンを抽出することによつて微孔性
重合体を形成した。このジフエニルアミンは殺菌
剤及び酸化防止剤として有用でありそして多孔性
中間体は同一の有用性を有する。
(1) 下記の性質を有する射出成型のためのユニオ
ンカバーバイド社の“ベークライト”ポリスチ
レンを使用した:引張強さ(1/8インチ厚さ)
5000psi;最終伸び(1/8インチ厚さ)25psi;
引張モジユラス(1/8インチ厚さ)380000psi;
ロツクウエル硬度(1/4×1/2×5インチ)90;
比重、自然、1.04。
(2) 下記の性質を有するユニロイヤルのクララス
チツクABS重合体を使用した:比重1.07;衝撃
強さ(1/8インチバー試料)、アイゾツドノツチ
ド73〓、1.3−1.9フイート・ポンド/インチノ
ツチ;引張強さ8800psi;及びロツクウエル硬
度、118R。
実施例 269及び270
標準の製造法を使用しかつ220℃に加熱して15
ポイズの融解粘度及び8%の結晶度を有し、そし
て36%の塩素を含有するダウにより供給される25
%の塩素化ポリエチレン熱プラスチツク、及び75
%のN,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ
−アミン(実施例270)、そして75%の塩素化ポリ
エチレン熱プラスチツク及び25%の1−ドデカノ
ール(実施例271)から均質多孔性重合体中間体
を形成した。この多孔性重合体中間体は直径約
2.5インチかつ深さ約2インチであつた。
実施例 271
実施例271で使用したように、25%の塩素化ポ
リエチレンエラストマー、及び75%のジフエニル
エーテルから、標準の製造工程を使用しかつ210
℃に加熱して均質多孔性重合体中間体を形成し
た。この多孔性重合体中間体は直径約2.5インチ
かつ深さ2インチであつた。ジフエニルエーテル
は香料として有用でありかつ中間体もまた香料と
して有用である。
実施例 272ないし275
第XII表の実施例272ないし275は標準の製造工程
を使用して、スチレン−ブタジエン(“SBR”)
ゴム(1)及び有用であることが判明した相溶性液体
から約1.25インチの半径及び約0.5インチの深さ
を有する円筒状ブロツクの形で、均質多孔性重合
体中間体の形成を例示する。示したような円筒状
ブロツクの外に、薄いフイルムをまた形成した。
製造の詳細及び機能的に有用な液体の型式を第
XII表に記載する。
(1) 下記の性質を有するシエルケミカル社のクラ
トンSBR重合体を使用した:引張強さ、3100
−4600psi;破壊時の伸び;880−1300及びロツ
クウエル硬度、35−70シヨアA。[Table] The micrograph of the microporous polymer of Example 260 is shown in the second table.
It is shown in Figure 6. Although this cell is small compared to the cells shown in Figures 4, 7, 13, 18, and 25, there is an elementary microcellular structure. Example 267 This example uses a standard manufacturing process and
The formation of a homogeneous porous intermediate from 30% high impact polystyrene (1) and 70% hexabromobiphenyl is shown upon heating to 280°C. The polymeric intermediate thus formed is about 2.5 inches in diameter and about 0.5 inches deep. Hexabromobiphenyl is useful as a flame retardant and the porous intermediate is useful as a solid flame retardant additive. Example 268 This example uses a standard manufacturing process and
Figure 2 shows the formation of a homogeneous porous polymer intermediate from 25% acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer (2) and 75% diphenylamine upon heating to 220<0>C. The polymer intermediate thus formed was about 2.5 inches in diameter and about 2 inches deep.
A microporous polymer was formed by extracting diphenylamine. This diphenylamine is useful as a disinfectant and antioxidant and the porous intermediate has the same utility. (1) Union Coverbide "Bakelite" polystyrene was used for injection molding with the following properties: Tensile strength (1/8 inch thickness)
5000psi; final elongation (1/8 inch thickness) 25psi;
Tensile modulus (1/8 inch thickness) 380000psi;
Rockwell hardness (1/4 x 1/2 x 5 inches) 90;
Specific gravity, natural, 1.04. (2) Uniroyal's Clarastic ABS polymer was used with the following properties: specific gravity 1.07; impact strength (1/8 inch bar sample), 73 mm, 1.3-1.9 ft-lb/inch notch. ; Tensile strength 8800psi; and Rockwell hardness, 118R. Examples 269 and 270 15 using standard manufacturing methods and heated to 220°C
25 supplied by Dow, which has a melt viscosity of poise and a crystallinity of 8% and contains 36% chlorine.
% chlorinated polyethylene thermoplastic, and 75%
% N,N-bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine (Example 270), and a homogeneous porous polymer intermediate from 75% chlorinated polyethylene thermoplastic and 25% 1-dodecanol (Example 271). formed a body. This porous polymeric intermediate has a diameter of approximately
It was 2.5 inches long and about 2 inches deep. Example 271 Using a standard manufacturing process from 25% chlorinated polyethylene elastomer and 75% diphenyl ether as used in Example 271 and
C. to form a homogeneous porous polymer intermediate. This porous polymeric intermediate was approximately 2.5 inches in diameter and 2 inches deep. Diphenyl ethers are useful as perfumes and the intermediates are also useful as perfumes. Examples 272-275 Examples 272-275 of Table
The formation of a homogeneous porous polymeric intermediate in the form of a cylindrical block having a radius of about 1.25 inches and a depth of about 0.5 inches from rubber (1) and a compatible liquid that has been found to be useful is illustrated. A thin film was also formed outside the cylindrical block as shown. Manufacturing details and functionally useful liquid types
Listed in Table XII. (1) A Kraton SBR polymer from Siel Chemical Co., Ltd. with the following properties was used: Tensile strength, 3100
-4600 psi; elongation at break; 880-1300 and Rockwell hardness, 35-70 Shore A.
【表】
* この液体は固体から抽出された。
実施例 276ないし278
第表の実施例277ないし279は標準の製造工
程を使用して、“サーリン”(1)及び有用であるこ
とが判明した相溶性液体から、1.25インチの半径
及び約0.5インチの深さを有する円筒状ブロツク
の形で、均質多孔性重合体中間体の形成を示す。
示すような円筒状ブロツクの外に、薄いフイルム
も形成した。例示した中間体の二つを抽出して、
表に示すような多孔性重合体を形成した。
製造の詳細及び機能的に有用な液体の型式を第
表に記載する:
(1) 下記の性質を有する、デユポン社の“サーリ
ン(Surlyn)”イオノマー樹脂1652、ロツトナ
ンバー115478:密度0.939g/c.c;メルトフロ
ーインデツクス、4.4デシグラム/分;引張強
さ2850psi;降伏強さ1870psi;伸び580%[Table] * This liquid was extracted from a solid.
Examples 276 to 278 Examples 277 to 279 of the table were prepared using standard manufacturing processes from "Surlyn" (1) and compatible liquids found to be useful, with a radius of 1.25 inches and approximately 0.5 inches. Figure 1 shows the formation of a homogeneous porous polymeric intermediate in the form of cylindrical blocks with a depth of .
In addition to the cylindrical block shown, a thin film was also formed. Extracting two of the illustrated intermediates,
A porous polymer as shown in the table was formed. Manufacturing details and types of functionally useful liquids are set forth in the table: (1) DuPont "Surlyn" ionomer resin 1652, lot number 115478, having the following properties: density 0.939 g/cc. ; Melt flow index, 4.4 decigrams/min; Tensile strength 2850 psi; Yield strength 1870 psi; Elongation 580%
【表】
* この液体は固体から抽出された。
実施例277の多孔性重合体の顕微鏡写真を第2
3及び第24図に示す。255倍の第23図は僅か
な“葉”及び例えば第25図と比較して、相対的
に厚い細胞壁を有する重合体のマイクロ細胞状構
造体を示す。
実施例 279
等部の高密度ポリエチレン−塩素化ポリエチレ
ン配合物及び75%の1−ドデカノールから、標準
の製造工程を使用してかつ200℃に加熱して、均
質多孔性重合体中間体が形成された。約20ないし
25ミルの厚さを有するフイルムに多孔性重合体中
間体を成形した。前記の例のHDPE及びCPEを
使用した。
実施例 280
等部の、高密度ポリエチレン−ポリ塩化ビニル
配合体及び75%の1−ドデカノールから、標準の
製造工程を使用しかつ200℃に加熱して、均質多
孔性重合体中間体を形成した。このように形成さ
れた中間体は深さ約2インチかつ直径約2.5イン
チであつた。前記の例のHDPE及びPVCを使用
した。
実施例 281
等部の、高密度ポリエチレン/アクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレンターポリマー配合物及
び75%の1−ドデカノールから、標準の製造工程
を使用しかつ200℃に加熱して、均質多孔性重合
体中間体を形成した。このように形成された中間
体は深さ約2インチかつ直径約2.5インチであつ
た。前記の例のHDPE及びABSを使用した。
実施例 282ないし285
第表の実施例282ないし285は標準の製造工
程を使用して等部の、低密度ポリエチレン/塩素
化ポリエチレン配合物及び有用であることが判明
した相溶性液体から、1.25インチの半径及び約2
インチの深さを有する円筒状ブロツクの形で、均
質多孔性重合体中間体の形成を示す。実施例283
では、前記の方法が使用されるが、この中間体を
約20ないし25ミルの厚さを有するフイルムに形成
した。LDPE及びCPEは前記の例で使用したもの
であつた。
製造の詳細及び機能的に有用な液体の型式を第
表に記載する:[Table] * This liquid was extracted from a solid.
A second photomicrograph of the porous polymer of Example 277
3 and 24. Figure 23 at 255x shows a polymeric microcellular structure with few "lobes" and a relatively thick cell wall compared to, for example, Figure 25. Example 279 A homogeneous porous polymeric intermediate is formed from equal parts high density polyethylene-chlorinated polyethylene blend and 75% 1-dodecanol using standard manufacturing processes and heated to 200°C. Ta. About 20 or so
The porous polymer intermediate was cast into a film having a thickness of 25 mils. HDPE and CPE from the previous example were used. Example 280 A homogeneous porous polymeric intermediate was formed from equal parts of a high density polyethylene-polyvinyl chloride blend and 75% 1-dodecanol using a standard manufacturing process and heated to 200°C. . The intermediate body thus formed was about 2 inches deep and about 2.5 inches in diameter. HDPE and PVC from the previous example were used. Example 281 A homogeneous porous polymer intermediate is prepared from equal parts of a high density polyethylene/acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer blend and 75% 1-dodecanol using standard manufacturing processes and heated to 200°C. formed a body. The intermediate body thus formed was about 2 inches deep and about 2.5 inches in diameter. HDPE and ABS from the previous example were used. Examples 282 to 285 Examples 282 to 285 of the Table are prepared using standard manufacturing processes from equal parts of low density polyethylene/chlorinated polyethylene blends and compatible liquids found to be useful. radius and about 2
The formation of a homogeneous porous polymeric intermediate is shown in the form of cylindrical blocks having a depth of inches. Example 283
In this case, the method described above was used, but this intermediate was formed into a film having a thickness of about 20 to 25 mils. LDPE and CPE were those used in the previous example. The manufacturing details and types of functionally useful liquids are listed in the table:
【表】
実施例 286及び287
標準の製造工程を使用し、かつ実施例286では
220℃、そして実施例288では270℃に加熱して、
等部の低密度ポリエチレン/ポリプロピレン配合
物及び75%のN,N−ビス(2−ヒドロキシエチ
ル)タロ−アミン(実施例286)、そして等部の低
密度ポリエチレン/ポリプロピレン配合物及び50
%のN,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ
−アミン(実施例287)から均質多孔性重合体中
間体を形成した。両方の多孔性重合体中間体は直
径約25インチかつ深さ約2インチであつた。前記
の例のLDPE及びPPを使用した。
実施例 288
標準の製造工程を使用しかつ200℃に加熱して、
50%のN,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タ
ロ−アミン及び50%のポリプロピレン/ポリスチ
レン配合物(ポリプロピレン25部)から均質多孔
性重合体中間体を形成した。この多孔性重合体中
間体は直径約2.5インチかつ深さ約2インチであ
つた。前記の例PP及びPSを使用した。
実施例 289
標準の製造工程を使用しかつ200℃に加熱して、
75%の1−ドデカノール及び等部の、ポリプロピ
レン/塩素化ポリエチレン配合物から、均質多孔
性重合体中間体を形成した。この多孔性重合体中
間体は直径約25インチかつ深さ約0.5インチであ
つた。前記の例のPP及びCPEを使用した。
実施例 290ないし300
実施例290ないし300は高密度ポリエチレン及び
N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ−ア
ミンから均質多孔性重合体中間体の形成のために
有用な重合体−相溶性液体濃度範囲を例示する。
各々の例で、この中間体は深さ約2インチかつ直
径約2.5インチであつた。前記の例でHDPEを使
用した。
製造の詳細及び認められた物理的特性を第
表に記載する:[Table] Examples 286 and 287 Using the standard manufacturing process, and in Example 286
220°C, and in Example 288 to 270°C,
Equal parts low density polyethylene/polypropylene blend and 75% N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine (Example 286) and equal parts low density polyethylene/polypropylene blend and 50%
A homogeneous porous polymeric intermediate was formed from % N,N-bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine (Example 287). Both porous polymer intermediates were about 25 inches in diameter and about 2 inches deep. LDPE and PP from the previous example were used. Example 288 Using standard manufacturing processes and heating to 200°C,
A homogeneous porous polymer intermediate was formed from 50% N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine and 50% polypropylene/polystyrene blend (25 parts polypropylene). This porous polymeric intermediate was about 2.5 inches in diameter and about 2 inches deep. The previous examples PP and PS were used. Example 289 Using standard manufacturing processes and heating to 200°C,
A homogeneous porous polymeric intermediate was formed from 75% 1-dodecanol and equal parts polypropylene/chlorinated polyethylene blend. This porous polymeric intermediate was about 25 inches in diameter and about 0.5 inches deep. The PP and CPE of the previous example were used. Examples 290-300 Examples 290-300 are polymer-compatible liquids useful for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from high density polyethylene and N,N-bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine. The concentration range is illustrated.
In each instance, the intermediate was approximately 2 inches deep and approximately 2.5 inches in diameter. HDPE was used in the previous example. Manufacturing details and observed physical properties are listed in the table:
【表】
実施例300の多孔性重合体の顕微鏡写真を2000
倍で第19図に示す。この細胞はこの倍率では明
瞭に見えない。第19図は細胞寸法が70%の類似
の重合体濃度で非常に小さい2475倍の第17図と
比較できる。
実施例 301ないし311
これらの実施例は低密度ポリエチレン及びN,
N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ−アミン
から均質多孔性重合体中間体の形成のために有用
な重合体−相溶性液体濃度範囲を示す。各々の例
で中間体は深さ約0.5インチかつ直径約2.5インチ
であつた。LPDEは前記の例で使用のものであつ
た。
製造の詳細及び認められた物理的特性を第
表に記載する:[Table] 2000 micrographs of the porous polymer of Example 300
It is shown in FIG. 19 at a magnification. This cell is not clearly visible at this magnification. Figure 19 can be compared to Figure 17 at a similar polymer concentration of 70% cell size, which is much smaller by a factor of 2475. Examples 301 to 311 These examples are made of low density polyethylene and N,
Figure 2 shows useful polymer-compatible liquid concentration ranges for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from N-bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine. In each example, the intermediate was about 0.5 inches deep and about 2.5 inches in diameter. LPDE was that used in the previous example. Manufacturing details and observed physical properties are listed in the table:
【表】【table】
【表】
実施例303,307及び310の多孔性重合体の顕微
鏡写真を第14−15図(各々250倍と2500倍)、
第16図(2500倍)及び第17図(2475倍)に
各々示す。この図面は重合体含量の増加と共に、
非常に大きい(第15図、20%の重合体)から非
常に小さい(第17図、70%の重合体)へ減少す
る細胞寸法を示す。実施例303の20%重合体の比
較的平らな細胞壁はメチルペンテン重合体(第2
2図)に類似し、かつ第14図で観察できる。第
15図は第14図に示した細胞壁の一部を示す拡
大図である。多孔性重合体のマイクロ細胞状構造
体は第16図で観察できる。
実施例 312ないし316
実施例312ないし316は低密度ポリエチレン及び
ジフエニルエーテルから均質多孔性重合体中間体
の形成のために有用な重合体−相溶性液体濃度範
囲を例示する。各例でこの中間体は深さ約0.5イ
ンチかつ直径約2.5インチであつた。LDPEは前
記の例で使用したものであつた。
製造の詳細及び認められる物理的特性を第
表に記載する:[Table] Micrographs of the porous polymers of Examples 303, 307, and 310 are shown in Figures 14-15 (250x and 2500x, respectively).
They are shown in FIG. 16 (2500 times) and FIG. 17 (2475 times), respectively. This drawing shows that with increasing polymer content,
The cell size is shown decreasing from very large (Figure 15, 20% polymer) to very small (Figure 17, 70% polymer). The relatively flat cell walls of the 20% polymer in Example 303 are similar to the methylpentene polymer (secondary
2) and can be observed in FIG. FIG. 15 is an enlarged view showing a part of the cell wall shown in FIG. 14. The microcellular structure of the porous polymer can be observed in FIG. Examples 312-316 Examples 312-316 illustrate useful polymer-compatible liquid concentration ranges for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from low density polyethylene and diphenyl ether. In each instance, the intermediate was approximately 0.5 inches deep and approximately 2.5 inches in diameter. LDPE was that used in the previous example. Manufacturing details and observed physical properties are listed in the table:
【表】
実施例 317ないし321
実施例317ないし321は低密度ポリエチレン及び
1−ヘキサデセンから均質多孔性重合体中間体の
形成のために有用な重合体−相溶性液体濃度範囲
を例示する。各例で中間体は深さ約2インチ及び
直径約2.5インチであつた。LDPEは前記の例で
使用したものであつた。
製造の詳細及び認められた物理的特性を第
表に記載する:TABLE Examples 317-321 Examples 317-321 illustrate useful polymer-compatible liquid concentration ranges for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from low density polyethylene and 1-hexadecene. In each case, the intermediate was about 2 inches deep and about 2.5 inches in diameter. LDPE was that used in the previous example. Manufacturing details and observed physical properties are listed in the table:
【表】
実施例 322ないし334
これらの実施例はポリプロピレン及びN,N−
ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ−アミンから
均質多孔性重合体中間体の形成のために有用な重
合体−液体濃度範囲を例示する。各例で中間体は
深さ約0.5インチかつ直径2.5インチであつた。更
に示したようにフイルムを作つた。PPは前記の
例で使用したものであつた。
製造の詳細及び認められる物理的特性を第
表に記載する:[Table] Examples 322 to 334 These examples are polypropylene and N,N-
1 illustrates a useful polymer-liquid concentration range for the formation of a homogeneous porous polymer intermediate from bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine. In each case, the intermediate was approximately 0.5 inches deep and 2.5 inches in diameter. I also made a film as shown. PP was that used in the previous example. Manufacturing details and observed physical properties are listed in the table:
【表】
実施例322、326、328、330及び333は各々第6
ないし第10図に示される(各各1325倍、1550
倍、1620倍、1450倍及び1250倍)。10%微孔性重
合体の極端な葉を第6図に示すが、なおマイクロ
細胞状構造体を保つ。これらの図面は重合体の量
が増加するにつれて減少する細胞寸法を示す。し
かしながら、小さな細胞寸法にもかかわらず各例
でマイクロ細胞状構造体が存在する。
実施例 335ないし337
この例はポリプロピレン及びジフエニルエーテ
ルから均質多孔性重合体中間体の形成のために有
用な重合体−相溶性液体濃度範囲を示す。各例で
中間体は深さ約0.5インチかつ直径約2.5インチで
あつた。更に、示すように、薄いフイルムも作つ
た。PPは前記の例で使用したものであつた。
製造の詳細と認められる物理的特性を第表
に記載する:[Table] Examples 322, 326, 328, 330 and 333 are the sixth
or shown in Figure 10 (each 1325 times, 1550
1620x, 1450x and 1250x). An extreme leaf of the 10% microporous polymer is shown in Figure 6, but still retains the microcellular structure. These figures show decreasing cell size as the amount of polymer increases. However, despite the small cell size, microcellular structures are present in each case. Examples 335-337 This example illustrates a useful polymer-compatible liquid concentration range for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from polypropylene and diphenyl ether. In each case, the intermediate was about 0.5 inches deep and about 2.5 inches in diameter. Furthermore, as shown, a thin film was also made. PP was that used in the previous example. Manufacturing details and observed physical properties are listed in the table:
【表】
実施例335、336及び337の多孔性重合体の顕微
鏡写真を第11図(2000倍)、第12図(2059
倍)、及び第13図(1950倍)に示す。添付図面
は重合体が増加するにつれて、孔径が減少するこ
とを示し、第11図は滑らかな細胞壁を示し、一
方第12及び第13図は細胞及び連絡する孔を示
す。図面の各々でマイクロ細胞状構造体が存在し
ている。
実施例 338ないし346
これらの実施例はスチレン−ブタジエンゴム及
びN,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ−
アミンから均質多孔性重合体中間体の形成のため
に有用な重合体−相溶性液体濃度範囲を示す。各
例でこの中間体は深さ約0.5インチかつ直径2.5イ
ンチであつた。更に、示したように薄いフイルム
を作つた。SBRは前記の例で使用したものであ
つた。
製造の詳細及び認められる物理的特性を第XI
表に記載する:[Table] Micrographs of the porous polymers of Examples 335, 336, and 337 are shown in Figure 11 (2000x magnification) and Figure 12 (2059x magnification).
(1950x) and Figure 13 (1950x). The accompanying figures show that the pore size decreases as the polymer increases, with Figure 11 showing smooth cell walls, while Figures 12 and 13 show cells and communicating pores. Microcellular structures are present in each of the figures. Examples 338 to 346 These examples are based on styrene-butadiene rubber and N,N-bis(2-hydroxyethyl)tallow.
Figure 2 shows useful polymer-compatible liquid concentration ranges for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from amines. In each instance, the intermediate was approximately 0.5 inches deep and 2.5 inches in diameter. Additionally, a thin film was made as shown. SBR was that used in the previous example. Manufacture details and permissible physical characteristics in Section XI
In the table:
【表】【table】
【表】
実施例339及び340のスチレン−ブタジエンゴム
微孔性重合体に対する顕微鏡写真を第20図
(2550倍)及び第21図(2575倍)に示す。この
図面は微孔性重合体のマイクロ細胞状構造体を示
す。第21図はまた細胞壁上の球状重合体沈着物
の存在を示す。
実施例347ないし352
実施例347ないし352はスチレン−ブタジエンゴ
ム及びデカノールから均質多孔性重合体中間体の
形成のために有用な重合体−相溶性液体濃度範囲
を例示する。各実施例で中間体は深さ約0.5イン
チかつ直径2.5インチであつた。更に、示したよ
うに、薄いフイルムを作つた。SBRは前記の例
で使用したものであつた。
製造の詳細と認められる物理的特性を第XII表
に記載する:[Table] Microscopic photographs of the styrene-butadiene rubber microporous polymers of Examples 339 and 340 are shown in FIG. 20 (2550 times) and FIG. 21 (2575 times). This figure shows a microcellular structure of a microporous polymer. Figure 21 also shows the presence of globular polymeric deposits on the cell walls. Examples 347-352 Examples 347-352 illustrate useful polymer-compatible liquid concentration ranges for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from styrene-butadiene rubber and decanol. In each example, the intermediate was approximately 0.5 inches deep and 2.5 inches in diameter. Additionally, thin films were made as shown. SBR was that used in the previous example. Manufacturing details and observed physical properties are given in Table XII:
【表】
実施例 353ないし356
これらの実施例はスチレン−ブタジエンゴム及
びジフエニルアミンから均質多孔性重合体中間体
の形成のために有用な重合体−相溶性液体濃度範
囲を例示する。各実施例において、この中間体は
深さ約0.5インチかつ直径約2.5インチであつた。
製造の詳細及び認められる物理的特性を第
表に記載する:TABLE Examples 353-356 These examples illustrate useful polymer-compatible liquid concentration ranges for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from styrene-butadiene rubber and diphenylamine. In each example, the intermediate was about 0.5 inches deep and about 2.5 inches in diameter.
Manufacturing details and observed physical properties are listed in the table:
【表】
実施例 357ないし361
実施例357ないし361は前記の実施例で使用した
ような“サーリン”樹脂及びN,N−ビス(ヒド
ロキシエチル)タロ−アミンから均質多孔性重合
体中間体の形成のために有用な重合体−相溶性液
体濃度範囲を例示する。各例で中間体は深さ約
0.5インチかつ直径2.5インチであつた。更に、示
したように、薄いフイルムを作つた。
製造の詳細及び認められた物理的特性を第
表に記載する:Table: Examples 357 to 361 Examples 357 to 361 demonstrate the formation of homogeneous porous polymeric intermediates from "Surlyn" resin and N,N-bis(hydroxyethyl)talo-amine as used in the previous examples. Examples of useful polymer-compatible liquid concentration ranges for In each example the intermediate is at a depth of approximately
It was 0.5 inches and 2.5 inches in diameter. Additionally, thin films were made as shown. Manufacturing details and observed physical properties are listed in the table:
【表】
実施例 362ないし370
これらの実施例は前記の実施例で使用したよう
な“サーリン”樹脂及びジフエニルエーテルから
均質多孔性重合体中間体の形成のために有用な重
合体−相溶性液体濃度範囲を例示する。各例で中
間体は深さ約0.5インチかつ直径約2.5インチであ
つた。更に示したように、薄いフイルムを作つ
た。
製造の詳細及び認められる物理的特性を第
表に記載する:EXAMPLES 362-370 These examples demonstrate polymer-compatibility useful for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from "Surlyn" resins and diphenyl ethers as used in the previous examples. Illustrating liquid concentration ranges. In each case, the intermediate was about 0.5 inches deep and about 2.5 inches in diameter. As further shown, thin films were made. Manufacturing details and observed physical properties are listed in the table:
【表】【table】
【表】
実施例 371ないし379
実施例371ないし379は前記の実施例で使用した
ような“サーリン”樹脂及びジブチルフタレート
から均質多孔性重合体中間体の形成のために有用
な重合体−相溶性液体濃度範囲を示す。各例で、
この中間体は深さ約0.5インチかつ直径約0.5イン
チであつた。
製造の詳細及び認められる物理的特性を第
表に記載する:Table: Examples 371-379 Examples 371-379 demonstrate polymer-compatibility useful for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from "Surlyn" resin and dibutyl phthalate as used in the previous examples. Indicates liquid concentration range. In each example,
This intermediate was about 0.5 inch deep and about 0.5 inch in diameter. Manufacturing details and observed physical properties are listed in the table:
【表】
従来技術 参考例380−384
参考例 380ないし384
参考例380ないし384は本発明の物理的構造とは
異なるものを有することが示される種々の従来技
術組成物の複製である。
参考例 380
若干の物理的一体性を有する生成物を得るよう
に、かつナトリウムビス(2−エチルヘキシル)
スルホスクシネートの代りに水溶性陰イオン表面
活性剤として石けんを使用して変型して、米国特
許第3378507号の実施例1の方法に従つて多孔性
重合体を製造した。
ブラベンダー・プラスチ・コーダー内部加熱ブ
レンダーで、均質配合物が形成されるまで、エキ
ソンケミカル社LD606型ポリエチレン33 1/2重量
部及びアイボー石けんフレーク66 2/3部を約350
〓の機械温度で混合した。約350〓の温度及び平
方インチ当り36000ポンドの圧力で、20ミルの深
さの2.5インチ×2.5インチの空洞を有するゴム型
モールドでこの材料を圧縮成形した。生成する試
料を水道水の遅く流動する流れで約3日間連続し
て洗浄しそして次に続いて各々約1時間の間八つ
の蒸留水浴に浸漬して洗浄した。生成する試料は
また若干の石けんを含有しかつ劣つた取扱い性質
を有した。
第47図及び第48図は各々195倍及び2000倍
で参考例380の生成物の顕微鏡写真である。この
生成物は明確な細胞状空洞又は内部連絡する孔を
有しない比較的非均一な重合体構造体であること
が明らかである。
参考例 381
若干の取扱い強度を有する試料を得るように変
型して、米国特許第3378507号の実施例2、試料
Dの方法に従つて多孔性重合体を製造した。
ブラベンダー・プラスチ・コーダー内部加熱ブ
レンダーで、均質配合物が形成されるまで、アイ
ボリ石けんフレーク75部及びエクソンケミカル
社LD606型ポリエチレンを約350〓の機械温度及
び約330〓の試料温度で混合した。次に2インチ
のモールド空洞直径及び20ミルの深さを有する1
オンスワトソン−スチルマン射出成型機でこの材
料を射出成型した。生成する試料を水道水の遅く
流動する流れで約3日間連続して洗浄し、そして
次に続いて各々約1時間の間八つの蒸留水浴に浸
漬により洗浄した。生成する試料はなお若干の石
けんを保持した。
第45図及び第46図は各々240倍及び2400倍
で実施例381の生成物の顕微鏡写真である。本例
の生成物は顕微鏡写真から明らかなように、本発
明の代表的な細胞状構造体を有しない。
参考例 382
米国特許第3378507号の実施例3、試料Aの方
法に従つて多孔性重合体を製造した。
ブラベンダー・プラスチ・コーダー内部加熱ブ
レンダーで、均質配合物が形成されるまで、ノバ
モント社F300 8N19型ポリプロピレン25部及び
アイボリー石けんフレーク75部を約330〓の機械
温度で混合した。次にこの材料をゴム型モールド
で圧縮成形した。生成する試料は強度を殆ど有し
ないことが判明した。生成する試料の一部を水道
水の遅く流動する流れで約3日間連続して洗浄し
そして次に続いて各々約1時間の間八つの蒸留水
浴に浸漬により洗浄した。この洗浄した生成物は
極めて劣つた取扱い特性を有することが判明し
た。
第51図及び第52図は各々206倍及び2000倍
で参考例382の生成物の顕微鏡写真である。この
顕微鏡写真は生成物が本発明の細胞状構造体を有
しないことを示す。
参考例 383
米国特許第3378507号の実施例3、試料Aの方
法を変型して改良された取扱い強度を有する生成
物を得た。
ボリング社製のオープン2ロールゴムミルで、
均質配合物が形成されるまで、ノバモント社
F300 8N19型ポリプロピレン25部及びアイボリ
−石けんフレーク75部を350〓の温度で約10分間
混合した。この材料を2インチのモールド空洞直
径及び20ミルの深さを有する1オンスワトソン−
スチルマン射出成型機で射出成型した。生成する
試料を水道水の遅く流動する流れで約3日間連続
して洗浄し、そして次に続いて各々約1時間の
間、八つの蒸留水浴に浸漬により洗浄した。生成
する試料はなお若干の石けんを保持した。結果の
生成物は参考例382の生成物より強いことが判明
した。
第49図及び第50図は各々195倍及び2000倍
で参考例383の生成物の顕微鏡写真である。この
顕微鏡写真により示される不規則形状は本発明の
構造体から容易に区別できる。
参考例 384
材料の更に均質な混合を得るように変型して、
米国特許第3310505号の実施例に従つて多孔性
重合体を製造した。
ブラベンダー・プラスチ・コーダー内部加熱ブ
レンダーで、均質配合物が形成されるまで、エキ
ソンケミカル社LD606型ポリプロピレン40部及び
ロームアンドハス社ポリメチルメタクリレート60
部を約10分間約350〓の機械温度で混合した。次
にこの材料をコールドミルでシート化しそして続
いて20ミルの深さを有する加熱4インチ環状ダイ
ス及び約10分間30トンの圧力を使用して圧縮成形
した。生成する組成物を大ソツクスレー抽出器に
アセトンで48時間抽出した。
第53図及び第54図は各々205倍及び2000倍
で参考例384の生成物の顕微鏡写真である。この
顕微鏡写真により示される不均質構造体は本発明
の均質構造体から容易に区別できる。
実施例225及び358の物理的特性
本発明の均質構造体の量的理解を得るために、
アミンコ水銀浸入多孔度計で微孔性材料の幾つか
の試料及び特定の従来技術の試料を分析した。第
30図及び第31図は25%のポリプロピレン及び
75%のN,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タ
ロ−アミンで作られた実施例225の半インチブロ
ツクの水銀浸入曲線であり、そして第32図は実
施例225の6インチブロツクの水銀浸入曲線であ
る。すべて水銀浸入曲線は横座標にlog尺度で示
した等価の孔径に関してセミlogグラフで示され
る。第30ないし第32図は本発明の組成物の孔
径の代表的な狭い分布を示す。。実施例225の半イ
ンチ試料は約76%のボイドスペース及び約0.5ミ
クロンの平均孔径を有し、そしてこの6インチブ
ロツクは約72%のボイドスペース及び約0.6ミク
ロンの平均孔径を有することが測定された。
第33図は40%のポリプロピレン及び60%の
N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ−ア
ミンで作られた実施例358の生成物の水銀浸入曲
線である。第33図はこの試料が代表的な狭い孔
径分布を有することを示す。この試料は約60%の
ボイドスペース及び約0.15ミクロンの平均孔径を
有することが測定された。本発明の組成物は水銀
浸入曲線の横坐標の10より多くなく組成物に存在
する孔の少くとも80%が入るような孔径分布を有
することが容易に明らかである。従つてこの組成
物の孔径分布は“狭い(narrow)”と特徴づけら
れる。
従来技術の市販の組成物の物理的特性
参考例 385
本例の組成物はセラネーズ製の市販のセルガー
ド3501(商品名)微孔性ポリプロピレンであつた。
第34図は70ないし0.3ミクロンの範囲内に大集
団の孔を示す試料の水銀浸入曲線である。この試
料は約35%のボイドスペース及び約0.15ミクロン
の平均孔径を有することが測定された。
参考例 386
本例の組成物はアメレース製の市販のA−20微
孔性ポリ塩化ビニルである。第35図はこの試料
の水銀浸入曲線でありそして非常に広い孔径分布
を示す。この試料は約75%のボイドスペース及び
約0.16ミクロンの平均孔径を有することが測定さ
れた。
参考例 387
本例の組成物はアメレース製の市販のA−30微
孔性ポリ塩化ビニルである。第36図はこの試料
の水銀浸入曲線でありそして非常に広い孔径分布
を示す。この試料は約80%のボイドスペース及び
約0.12ミクロンの平均孔径を有することが測定さ
れた。
参考例 388
本例の組成物は市販のポレツクス微孔性ポリプ
ロピレンである。第37図は極めて小さい細胞の
非常に広い分布、並びに非常に大きい細胞の分布
を示す試料の水銀浸入曲線である。この試料は約
12%のボイドスペース及び約1ミクロンの平均孔
径を有することが測定された。
参考例 389
本例の組成物は市販のミリポアBDWP29300微
孔性ポリ塩化ビニルである。第38図は0.5ない
し2ミクロンの範囲内の比較的狭い分布、並びに
約0.5より小さい多数の細胞を示す試料の水銀浸
入曲線である。この試料は約72%のボイドスペー
ス及び約1.5ミクロンの平均孔径を有することが
測定された。
参考例 390
本例の組成物は、ゲルマン(GELMAN)によ
つて製造された市販のメトリセルTCM−200微孔
性セルローズトリアセテイトである。第39図は
約0.1ミクロンまでの広い孔径分布を示す試料の
水銀浸入曲線である。この試料は約82%のボイド
スペース及び約0.2ミクロンの平均孔径を有する
ことが測定された。
参考例 391
本例の組成物は、ゲルマンによつて製造された
市販のアクロポアWA微孔性アクリロニトリル−
ポリ塩化ビニル共重合体である。第40図は広い
孔径分布を示す試料の水銀浸入曲線である。この
試料は約64%のボイドスペース及び約1.5ミクロ
ンの平均孔径を有することが測定された。
従来技術、参考例380〜384の物理的特性
従来技術である参考例380〜384の生成物を水銀
浸入法によつて分析した。第41図〜第43図
は、夫々参考例381、380および383の生成物の広
い孔径分布を示す水銀浸入曲線である。第44図
は実施例384の生成物の水銀浸入曲線であり、そ
れは多数の極めて小孔径と45〜80ミクロンの範囲
にある孔径の集団を示している。参考例380、
381、383および384の生成物は、約54%、46%、
54%および29%のボイドスペース及び約0.8ミク
ロン、1.1ミクロン、0.56ミクロン及び70ミクロ
ンの平均孔径を、夫々に有することが測定され
た。
実施例 392ないし399
これらの実施例は標準の製造工程を使用してポ
リメチルメタクリレート及び1,4−ブタンジオ
ールから均質多孔性重合体中間体の形成のために
有用な重合体/相溶性液体濃度範囲を例示する。
各々の例で形成された中間体は深さ約0.5インチ
かつ直後約2.5インチであつた。このポリメチル
メタクリレートはプレキシグラスアクリリツクプ
ラスチツクモールデイングパウダー(商品名)、
ロツトナンバー386491としてロームアンドハスに
より供給された。製造の詳細を第表に記載
する:
第表
実施例No. 液体% 温度℃
392 90 215
393 85 225
394 80 225
395 70 210
396 60 229
397 50 230
398 40 229
399 30 225
1,4−ブタンジオールを実施例395の生成物
から除去し、そして5000倍で微孔性生成物を示す
第61図から判るように、結果の構造体は本発明
の細胞状構造体であることが測定された。実施例
394のものと同一の重合体/液体系をまた分当り
4000℃以下の速度で冷却しそしてなお本発明の細
胞状構造体を生じた。
実施例 400
標準の製造工程を使用しかつ前記の例で使用し
たような、30%のポリメチルメタクリレート及び
70%のラウリル酸を175℃に加熱しそしで多孔性
重合体中間体を形成するように冷却して多孔性重
合体中間体を製造した。結果の中間体からラウリ
ル酸を除去して本発明の微孔性細胞状構造体を形
成した。
実施例 401
標準の製造工程を使用してかつアルドリツチケ
ミカル社により供給される30%のナイロン11及び
70%のエチレンカーボネートを218℃の温度に加
熱し、そして次に多孔性重合体中間体を形成する
ように結果の溶液を冷却することによつて多孔性
重合体中間体を製造した。エチレンカーボネート
を中間体から除去しそして結果の微孔性重合体は
本発明の細胞状構造体を有することが測定され
た。
実施例 402
標準の製造工程を使用しかつ前記の実施例に使
用したような30%のナイロン11及び70%の1,2
−プロピレンカーボネートを加熱して多孔性重合
体中間体を製造した。1,2−プロピレンカーボ
ネートを中間体を除去し、そして結果の微孔性重
合体は本発明の細胞状構造体を有することが測定
された。
実施例 403−422
実施例403−422は前記の実施例に使用したよう
に、種々の量のナイロン11及びスルホンW(商品
名)としてシエルにより供給されるテトラメチレ
ンスルホンを含有し、そして約2.5%の水を含有
する重合体/液体系から多孔性重合体中間体の形
成を例示する。第表に示すように種種の濃
度でかつ種々の溶液温度から種々の濃縮物を冷却
し、これはまた増加した冷却速度及び増加した濃
度の重合体が一般に生成する細胞寸法が減少する
ことを引き起こす。Table: Prior Art Reference Examples 380-384 Reference Examples 380-384 Reference Examples 380-384 are reproductions of various prior art compositions shown to have physical structures different from those of the present invention. Reference Example 380 Sodium bis(2-ethylhexyl) to obtain a product with some physical integrity
A porous polymer was prepared according to the method of Example 1 of US Pat. No. 3,378,507 with a modification using soap as the water-soluble anionic surfactant in place of sulfosuccinate. In a Brabender Plasticorder internal heated blender, combine approximately 350 parts by weight of Exxon Chemical Co. LD606 type polyethylene 33 1/2 parts and Ivor Soap Flake 66 2/3 parts until a homogeneous blend is formed.
Mixed at a machine temperature of 0. This material was compression molded in a rubber mold with a 2.5 inch by 2.5 inch cavity 20 mils deep at a temperature of approximately 350 mm and a pressure of 36,000 pounds per square inch. The resulting samples were washed in a slow running stream of tap water for about 3 consecutive days and then subsequently washed by immersion in eight distilled water baths for about 1 hour each. The resulting sample also contained some soap and had poor handling properties. Figures 47 and 48 are micrographs of the product of Reference Example 380 at 195x and 2000x, respectively. The product appears to be a relatively non-uniform polymeric structure with no defined cellular cavities or interconnecting pores. Reference Example 381 A porous polymer was produced according to the method of Example 2, Sample D of US Pat. No. 3,378,507, with modifications to obtain a sample with some handling strength. Seventy-five parts of Ivory soap flakes and Exxon Chemical Co. LD606 polyethylene were mixed in a Brabender Plasticorder internal heated blender at a machine temperature of about 350° and a sample temperature of about 330° until a homogeneous blend was formed. Then one with a mold cavity diameter of 2 inches and a depth of 20 mils.
This material was injection molded on an Ons Watson-Stillman injection molding machine. The resulting samples were washed in a slow running stream of tap water for about 3 consecutive days and then by immersion in eight distilled water baths for about 1 hour each. The resulting sample still retained some soap. Figures 45 and 46 are micrographs of the product of Example 381 at 240x and 2400x, respectively. The product of this example does not have the typical cell-like structures of the present invention, as is clear from the photomicrograph. Reference Example 382 A porous polymer was prepared according to the method of Example 3, Sample A of US Pat. No. 3,378,507. In a Brabender Plasticorder internal heated blender, 25 parts of Novamont F300 8N19 type polypropylene and 75 parts of Ivory Soap Flake were mixed at a machine temperature of approximately 330°C until a homogeneous blend was formed. This material was then compression molded in a rubber mold. The resulting sample was found to have little strength. A portion of the resulting sample was washed in a slow running stream of tap water for about 3 consecutive days and then subsequently washed by immersion in eight distilled water baths for about 1 hour each. This washed product was found to have very poor handling properties. Figures 51 and 52 are micrographs of the product of Reference Example 382 at 206x and 2000x, respectively. This photomicrograph shows that the product does not have cellular structures according to the invention. Reference Example 383 The process of Example 3, Sample A of US Pat. No. 3,378,507 was modified to obtain a product with improved handling strength. Bolling's open 2 roll rubber mill.
Novamont Inc. until a homogeneous mixture is formed.
25 parts of F300 8N19 type polypropylene and 75 parts of Ivory soap flakes were mixed for about 10 minutes at a temperature of 350°C. This material was molded into a 1 oz. Watson mold with a 2 inch mold cavity diameter and a 20 mil depth.
Injection molded using a Stillman injection molding machine. The resulting samples were washed in a slow running stream of tap water for about 3 consecutive days and then by immersion in eight distilled water baths for about 1 hour each. The resulting sample still retained some soap. The resulting product was found to be stronger than that of Reference Example 382. Figures 49 and 50 are micrographs of the product of Reference Example 383 at 195x and 2000x, respectively. The irregular shape shown by this photomicrograph is easily distinguishable from the structure of the present invention. Reference example 384 Modified to obtain a more homogeneous mixture of materials,
A porous polymer was prepared according to the examples of US Pat. No. 3,310,505. In a Brabender Plasticoder internal heat blender, blend 40 parts Exxon Chemical Co. LD606 polypropylene and Rohm & Hass Co. polymethyl methacrylate 60 parts until a homogeneous blend is formed.
The parts were mixed for about 10 minutes at a machine temperature of about 350°C. This material was then cold milled into sheets and subsequently compression molded using a heated 4 inch annular die with a depth of 20 mils and 30 tons of pressure for approximately 10 minutes. The resulting composition was extracted with acetone in a large Soxhlet extractor for 48 hours. Figures 53 and 54 are micrographs of the product of Reference Example 384 at 205x and 2000x, respectively. The heterogeneous structure shown by this photomicrograph is easily distinguishable from the homogeneous structure of the present invention. Physical Properties of Examples 225 and 358 To gain a quantitative understanding of the homogeneous structures of the present invention,
Several samples of microporous materials and certain prior art samples were analyzed with an Aminco mercury immersion porosimeter. Figures 30 and 31 show 25% polypropylene and
Figure 32 is the mercury infiltration curve of a half-inch block of Example 225 made with 75% N,N-bis(2-hydroxyethyl)tallowamine, and Figure 32 is the mercury intrusion curve of a 6-inch block of Example 225. It is a curve. All mercury infiltration curves are shown in semi-log graphs with respect to the equivalent pore size shown in log scale on the abscissa. Figures 30-32 show typical narrow distributions of pore sizes for compositions of the present invention. . The half-inch sample of Example 225 was determined to have about 76% void space and an average pore size of about 0.5 microns, and the 6-inch block was determined to have about 72% void space and an average pore size of about 0.6 microns. Ta. Figure 33 is a mercury penetration curve for the product of Example 358 made with 40% polypropylene and 60% N,N-bis(2-hydroxyethyl)talo-amine. Figure 33 shows that this sample has a typical narrow pore size distribution. This sample was determined to have approximately 60% void space and an average pore size of approximately 0.15 microns. It is readily apparent that the compositions of the present invention have a pore size distribution such that at least 80% of the pores present in the composition fall within more than 10 of the transverse points of the mercury infiltration curve. The pore size distribution of this composition is therefore characterized as "narrow". Physical Properties of Prior Art Commercial Compositions Reference Example 385 The composition of this example was commercially available Celgard 3501 (trade name) microporous polypropylene manufactured by Celanese.
Figure 34 is a mercury infiltration curve for a sample showing a large population of pores in the 70 to 0.3 micron range. This sample was determined to have about 35% void space and an average pore size of about 0.15 microns. Reference Example 386 The composition of this example is commercially available A-20 microporous polyvinyl chloride manufactured by Amerase. Figure 35 is the mercury infiltration curve for this sample and shows a very broad pore size distribution. This sample was determined to have about 75% void space and an average pore size of about 0.16 microns. Reference Example 387 The composition of this example is commercially available A-30 microporous polyvinyl chloride manufactured by Amerase. Figure 36 is the mercury infiltration curve for this sample and shows a very broad pore size distribution. This sample was determined to have approximately 80% void space and an average pore size of approximately 0.12 microns. Reference Example 388 The composition of this example is commercially available Porex microporous polypropylene. Figure 37 is a mercury infiltration curve for a sample showing a very wide distribution of very small cells as well as a distribution of very large cells. This sample is approximately
It was determined to have 12% void space and an average pore size of approximately 1 micron. Reference Example 389 The composition of this example is commercially available Millipore BDWP29300 microporous polyvinyl chloride. FIG. 38 is a mercury infiltration curve for a sample showing a relatively narrow distribution in the 0.5 to 2 micron range, as well as a large number of cells smaller than about 0.5. This sample was determined to have about 72% void space and an average pore size of about 1.5 microns. Reference Example 390 The composition of this example is commercially available Metricel TCM-200 microporous cellulose triacetate manufactured by GELMAN. Figure 39 is a mercury infiltration curve for a sample showing a wide pore size distribution down to about 0.1 micron. This sample was determined to have about 82% void space and an average pore size of about 0.2 microns. Reference Example 391 The composition of this example is a commercially available Acropore WA microporous acrylonitrile manufactured by Gelman.
It is a polyvinyl chloride copolymer. FIG. 40 is a mercury infiltration curve for a sample showing a wide pore size distribution. This sample was determined to have about 64% void space and an average pore size of about 1.5 microns. Physical Properties of Prior Art Reference Examples 380-384 The products of Prior Art Reference Examples 380-384 were analyzed by mercury infiltration. Figures 41-43 are mercury infiltration curves showing the broad pore size distribution of the products of Reference Examples 381, 380 and 383, respectively. Figure 44 is a mercury infiltration curve for the product of Example 384, which shows a large number of very small pore sizes and a population of pore sizes in the 45-80 micron range. Reference example 380,
The products of 381, 383 and 384 are approximately 54%, 46%,
They were determined to have 54% and 29% void space and average pore sizes of approximately 0.8 microns, 1.1 microns, 0.56 microns and 70 microns, respectively. Examples 392-399 These examples demonstrate useful polymer/compatible liquid concentrations for the formation of homogeneous porous polymer intermediates from polymethyl methacrylate and 1,4-butanediol using standard manufacturing processes. Illustrate the range.
The intermediate formed in each example was approximately 0.5 inches deep and approximately 2.5 inches deep. This polymethyl methacrylate is Plexiglas acrylic plastic molding powder (trade name).
Supplied by Rohm and Hass as lot number 386491. The details of the production are listed in the table: Table Example No. Liquid % Temperature °C 392 90 215 393 85 225 394 80 225 395 70 210 396 60 229 397 50 230 398 40 229 399 30 225 1,4-Butanediol was removed from the product of Example 395 and the resulting structure was determined to be the cellular structure of the present invention, as seen in Figure 61, which shows the microporous product at 5000x magnification. Example
Same polymer/liquid system as that of 394 per minute
Cooling was performed at a rate below 4000° C. and still produced the cellular structures of the present invention. Example 400 Using a standard manufacturing process and as used in the previous example, 30% polymethyl methacrylate and
A porous polymer intermediate was prepared by heating 70% lauric acid to 175°C and cooling to form a porous polymer intermediate. Lauric acid was removed from the resulting intermediate to form the microporous cellular structure of the present invention. Example 401 30% nylon 11 and
A porous polymer intermediate was prepared by heating 70% ethylene carbonate to a temperature of 218°C and then cooling the resulting solution to form a porous polymer intermediate. The ethylene carbonate was removed from the intermediate and the resulting microporous polymer was determined to have the cellular structure of the present invention. Example 402 Using a standard manufacturing process and using 30% nylon 11 and 70% 1,2 as used in the previous examples
- Propylene carbonate was heated to produce a porous polymer intermediate. The 1,2-propylene carbonate intermediate was removed and the resulting microporous polymer was determined to have the cellular structure of the present invention. Examples 403-422 Examples 403-422 contain varying amounts of nylon 11 and tetramethylene sulfone supplied by Shell as Sulfone W (trade name), as used in the previous examples, and contain approximately 2.5 Figure 2 illustrates the formation of a porous polymer intermediate from a polymer/liquid system containing % water. Cooling the various concentrates at various concentrations and from various solution temperatures as shown in Table 1, this also causes increased cooling rates and increased concentrations of polymer to generally produce a decrease in cell size. .
【表】【table】
【表】
前記の第表はまた40ないし10%の液体の
濃度で、分当り20℃で冷却される系に対して、結
果の可視の多孔度がないことを示す。この結果は
第62図に関して見られるように完全に予期さ
れ、これはナイロン11/テトラメチレンスルホン
濃度範囲に対する融解曲線、並びに冷却の種々の
速度で結晶化曲線を示す。第62図から20℃/分
の冷却速度で、40%液体を含有する系が結晶化曲
線の実質上平らな部分内に入らないこと、そして
従つて所望の微孔性構造体を形成しないことが予
期されることが明らかである。第63図は実施例
403−418の代表的な細胞状構造体を示す実施例
2000倍の顕微鏡写真である。
実施例 423
標準の製造工程を使用しかつレキサン
(Lexan)の商品名でゼネラルエレクトリツクに
より供給される30%のポリカーボネート及び70%
のメントールを206℃の温度に加熱しそして多孔
性重合体中間体を形成するように冷却することに
よつて多孔性重合体中間体を製造した。このメン
トールを抽出し、そして2000倍の本例の生成物の
顕微鏡写真である第64図に示すように細胞状微
孔性構造体が生じた。
実施例 424
本例はサイエンテフイツクポリマープロダクツ
により供給され、通常にはポリフエニレンオキシ
ドと称される、ポリ−2,6−ジメチル−1,4
−フエニレンオキシドから本発明の微孔性細胞状
構造体の形成を例示する。均質微孔性重合体中間
体は275℃の温度に加熱された30%の前記のポリ
フエニレンオキシド及び70%のN,N−ビス(2
−ヒドロキシエチル)タロ−アミンから作られ、
そしてこの中間体は標準の製造工程を使用して形
成された。この液体を中間体から除去し、そして
2000倍の本例の生成物の顕微鏡写真である第65
図から判るように、本発明の細胞状構造体が生じ
た。
実施例 425
本例は前記の例で使用したような、40%のポリ
プロピレン及び60%のジブチルフタレートの均質
溶液を冷却することによつて本発明の非細胞状生
成物の形成を示した。この溶液を約10ミルの厚さ
で冷したベルト上に押出し、かつ冷却速度は2400
℃以上であつた。溶液が押出される前の位置でベ
ルトの表面に一定量の分散ゾルを適用した。この
液体を結果のフイルムから除去し、そして2000倍
の本例の生成物の顕微鏡写真である第65図から
判るように非細胞状微孔性生成物が生じた。
実施例 426
本例は実施例425の方法と同一の方法で、前記
の例で使用したような25%のポリプロピレン及び
75%のN,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タ
ロ−アミンの均質溶液を冷却することによつて本
発明の非細胞状生成物の形成を示す。この液体を
結果のフイルムから除去し、そして2000倍の本例
の生成物の顕微鏡写真である第67図から判るよ
うに非細胞状微孔性生成物が生じた。
水銀浸入多孔度測定により実施例425及び426の
生成物を分析し、そして各浸入曲線を第68及び
69図に示す。両方の生成物は一般に狭い孔径分
布を有するが、実施例426は実施例425の生成物よ
りずつと狭い分布を示すことが明らかである。従
つて、実施例425の生成物は24.4の計算S値を有
し、一方実施例426の生成物は僅か8.8の計算S値
を有する。しかしながら、実施例425の平均孔径
は非常に小さい、0.096ミクロンであり、これに
対して実施例426の生成物の平均孔径は0.589であ
る。
本発明の細胞状組成物の独特性を定量的に例示
するために、標準の製造工程に従つて多数の微孔
性生成物を製造しそしてこれに関連する詳細を第
の実施例427−457に要約する。水銀浸入多
孔度測定によりこの実施例の生成物を分析して
各々の平均孔直径及びS値を決定しかつ走査電子
顕微鏡によりその平均細胞寸法、Sを決定する。
この分析の結果を第表に示す。TABLE The above table also shows that for systems cooled at 20° C. per minute at liquid concentrations of 40 to 10%, there is no visible porosity as a result. This result is fully expected as seen with respect to Figure 62, which shows melting curves for a range of nylon 11/tetramethylene sulfone concentrations, as well as crystallization curves at various rates of cooling. From Figure 62 it can be seen that at a cooling rate of 20°C/min, the system containing 40% liquid does not fall within the substantially flat part of the crystallization curve and therefore does not form the desired microporous structure. It is clear that this is expected. Figure 63 is an example
Examples showing representative cell-like structures of 403-418
This is a 2000x microscopic photo. Example 423 30% polycarbonate and 70% polycarbonate using standard manufacturing processes and supplied by General Electric under the trade name Lexan.
A porous polymer intermediate was prepared by heating menthol to a temperature of 206°C and cooling to form a porous polymer intermediate. The menthol was extracted and a cellular microporous structure was formed as shown in Figure 64, which is a micrograph of the product of this example at 2000x magnification. Example 424 This example uses poly-2,6-dimethyl-1,4, commonly referred to as polyphenylene oxide, supplied by Scientific Polymer Products.
- illustrates the formation of microporous cellular structures of the present invention from phenylene oxide. The homogeneous microporous polymer intermediate was prepared by combining 30% of the above polyphenylene oxide and 70% of N,N-bis(2) heated to a temperature of 275°C.
-hydroxyethyl)tallow-amine,
This intermediate was then formed using standard manufacturing processes. This liquid is removed from the intermediate and
No. 65 is a micrograph of the product of this example at 2000x magnification.
As can be seen, a cellular structure of the invention was produced. Example 425 This example demonstrates the formation of a non-cellular product of the invention by cooling a homogeneous solution of 40% polypropylene and 60% dibutyl phthalate, as used in the previous example. This solution was extruded onto a chilled belt approximately 10 mils thick, and the cooling rate was 2400 mils.
It was over ℃. A quantity of dispersion sol was applied to the surface of the belt at a location before the solution was extruded. This liquid was removed from the resulting film and a non-cellular microporous product was formed as seen in Figure 65, which is a photomicrograph of the product of this example at 2000x magnification. Example 426 This example uses a method identical to that of Example 425, with 25% polypropylene and
Figure 2 illustrates the formation of a non-cellular product of the invention by cooling a homogeneous solution of 75% N,N-bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine. This liquid was removed from the resulting film and a non-cellular microporous product was formed as seen in Figure 67, which is a photomicrograph of the product of this example at 2000x magnification. The products of Examples 425 and 426 were analyzed by mercury infiltration porosity measurements, and the respective infiltration curves are shown in FIGS. 68 and 69. Although both products have generally narrow pore size distributions, it is clear that Example 426 exhibits a narrower distribution than the product of Example 425. Thus, the product of Example 425 has a calculated S value of 24.4, while the product of Example 426 has a calculated S value of only 8.8. However, the average pore size of Example 425 is much smaller, 0.096 microns, whereas the average pore size of the product of Example 426 is 0.589. In order to quantitatively illustrate the unique properties of the cellular compositions of the present invention, a number of microporous products were prepared according to standard manufacturing processes and details related thereto are presented in Examples 427-457. To summarize. The products of this example are analyzed by mercury immersion porosimetry to determine their average pore diameter and S value, and by scanning electron microscopy to determine their average cell size, S.
The results of this analysis are shown in Table 1.
【表】
ン
[Table]
【表】
ネート
[Table] Nate
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】
第表ないし第XII表に含まれるデータ
を第70図に要約し、これはlogS/C対logC/
Pのプロツトである。第70図から本発明の細胞
状構造体は約0.2ないし約2.4のlogC/P及び約−
1.4ないし約1.0のlogS/Cを有するものとして定
義され、そして更に通常にはこの重合体は約0.6
ないし約2.2のlogC/P及び約−0.6ないし約0.4の
logS/Cを有することは明らかである。
従つて、判るように、本発明は広く変化する厚
さ及び形状の合成熱可塑性重合体から微孔性重合
体を製造する容易な方法を供する。この微孔性重
合体は独特なマイクロ細胞状構造を有しかつとに
かく比較的狭い寸法分布を有する孔直径を特徴と
している。重合体と相溶性である、即ち重合体と
均質溶液を形成し、そして冷却後重合体から除去
できる液体を最初に選択すること、そして所望の
微孔性重合体構造が生ずることを確保するような
方式で溶液の冷却を行なうことによつてこれらの
構造体が形成される。
また判るように、本発明はまた重合体添加剤の
ような機能的に有用な液体を比較的多量に含有
し、かつ固体として挙動する微孔性重合体生成物
を供する。これらの生成物は例えばマスターバツ
チングのような種々の適用に有益に使用できる。[Table] The data contained in Tables XII are summarized in Figure 70, which shows logS/C versus logC/
This is a plot of P. FIG. 70 shows that the cellular structure of the present invention has a logC/P of about 0.2 to about 2.4 and a logC/P of about -
is defined as having a logS/C of 1.4 to about 1.0, and more typically the polymer has a logS/C of about 0.6
logC/P of from about 2.2 to about -0.6 to about 0.4
It is clear that it has logS/C. Thus, as can be seen, the present invention provides a facile method for making microporous polymers from synthetic thermoplastic polymers of widely varying thicknesses and shapes. This microporous polymer has a unique microcellular structure and is characterized by pore diameters with a relatively narrow size distribution anyway. The first step is to select a liquid that is compatible with the polymer, i.e., forms a homogeneous solution with the polymer and can be removed from the polymer after cooling, and to ensure that the desired microporous polymer structure results. These structures are formed by cooling the solution in a specific manner. As can also be seen, the present invention also provides microporous polymeric products that contain relatively large amounts of functionally useful liquids, such as polymeric additives, and that behave as solids. These products can be beneficially used in a variety of applications, such as masterbatching.
第1図は仮定の重合体−液体系に対する温度対
濃度のグラフであり、バイノジアル及びスピノダ
ル曲線を示しそして微孔性重合体を達成しかつ本
発明の方法を実施するのに必要な濃度を例示す
る;第1A図は第1図のもに類似する温度対濃度
のグラフであるが、また凝固点降下相線を含む;
第2図は約75%のボイド容積を有する本発明のポ
リプロピレン微孔性重合体のマクロ構造体を示
す、55倍の顕微鏡写真であり、第3ないし第5図
は各々550倍、2200倍及び5500倍で第2図の微孔
性ポリプロピレン構造体の顕微鏡写真である;第
6図ないし第10図は各々更に微孔性ポリプロピ
レン構造体の1325倍、1550倍、1620倍、1450倍及
び1250倍の顕微鏡写真であり、そしてボイドスペ
ースが各々90%から70%、60%、40%及び20%へ
減ぜられる構造体の変型を示す;第11図ないし
第13図は本発明のなお更に本発明の微孔性ポリ
プロピレン構造体の各2000倍、2050倍及び1950倍
の顕微鏡写真でありそしてポリプロピレン含量が
第11図の10重量%レベルから第12図及び第1
3図で各々20%及び30%に増加されるにつれて減
少する細胞寸法を示す;第14図ないし第17図
は本発明の微孔性低密度ポリエチレン構造体の
各々250倍、2500倍、2500倍及び2475倍の顕微鏡
写真であり、第14図及び第15図は20重量%の
ポリエチレンを含有する微孔性重合体のマクロ及
びミクロ構造体を示し、そして第16図及び第1
7図は40%及び70%のポリエチレンを各々有する
ミクロ構造体を示す;第18図及び第19図は
各々本発明の微孔性高密度ポリエチレン構造体の
2100倍及び2000倍の顕微鏡写真でありそして各々
30重量%及び70重量%のポリエチレンの構造体を
示す;
第20図及び第21図は各々本発明の微孔性
SBR重合体の2550倍及び2575倍の顕微鏡写真で
ありそして均質細胞状構造体を示し;第22図は
微孔性メチルペンテン重合体の2400倍で顕微鏡写
真であり;第23図及び第24図は各々微孔性エ
チレン−アクリル酸共重合体の255倍及び2550倍
の顕微鏡写真であり;第25図はポリフエニレン
オキシド−ポリスチレン配合物から形成された微
孔性重合体の2500倍の顕微鏡写真であり;第26
図は2050倍の顕微鏡写真でありかつポリスチレン
微孔性重合体を例示する;第27図は2000倍の顕
微鏡写真でありかつポリ塩化ビニル微孔性重合体
を示す;第28図及び第29図は低密度ポリエチ
レン微孔性重合体の2000倍顕微鏡写真でありかつ
“葉”方式構造体により基本構造体の一部マスキ
ングを示す;
第30図ないし第33図は本発明の微孔性ポリ
プロピレン構造体の水銀浸入曲線であり、かつ本
発明の重合体の特性である狭い孔直径分布を示
す;第34図ないし第40図は、“セルガード”
ポリプロピレン(第34図)、“アメレースA20”
及び“アメレースA30”ポリ塩化ビニル(各々第
35図及び第36図)、“ポレツクス”ポリプロピ
レン(第37図)、“ミリポアBDWP29300”セル
ロースアセテート(第38図)、“ゲルマンTCM
−200”セルローストリアセテート及び“ゲルマ
ンマクロパーWA“アクリロニトリル−ポリ塩化
ビニル共重合体(各々第39図及び第40図)を
含む市販の微孔性生成物の水銀浸入曲線である;
第41図ないし第43図はポリエチレン(第41
図及び第42図)及びポリプロピレン(第43
図)を使用して米国特許第3378507号に従つて作
られた微孔性構造体の水銀浸入曲線である;第4
4図は米国特許第3310505号に従つて作られたポ
リエチレン微孔性材料の水銀浸入曲線であり;第
45図ないし第46図は射出成形技術を使用して
米国特許第3378507号の実施例2を再現すること
によつて製造された多孔性ポリエチレン生成物の
顕微鏡写真であり、第45図(240倍)はマクロ
構造体を示しかつ第46図(2400倍)はミクロ構
造体を示す:第47図ないし第48図は圧縮成形
技術を使用して米国特許第3378507号の実施例2
を再現することによつて製造した多孔性ポリエチ
レン生成物の顕微鏡写真であり、第47図(195
倍)はマクロ構造体を示しかつ第48図(2000
倍)はミクロ構造体を示す;第49図ないし第5
0図は射出成形技術を使用して米国特許第
3378507号の実施例2を再現することによつて製
造した多孔性ポリプロピレン生成物の顕微鏡写真
であり、第49図(195倍)はマクロ構造体を示
しかつ第50図は(2000倍)はミクロ構造体を示
す;第51図ないし第52図は圧縮成形技術を使
用して米国特許第3378507号の実施例2を再現す
ることによつて製造した多孔性ポリプロピレン生
成物の顕微鏡写真であり、第51図(206倍)は
マクロ構造体を示しかつ第52図(2000倍)はミ
クロ構造体を示す;そして第53図ないし第54
図は米国特許第3310505号の実施例2を再現する
ことによつて製造した多孔性ポリエチレン生成物
の顕微鏡写真であり、第53図(205倍)はマク
ロ構造体を示しかつ第54図(200倍)はミクロ
構造体を示す。第55図はポリプロピレン及びキ
ノリン重合体/液体系に対する融解曲線及び晶出
曲線を示す。第56図はポリプロピレン及びN,
N−ビス(2−ヒドロキシエチル)タロ−アミン
重合体/液体系に対する融解曲線及び幾つかの晶
出曲線を示す。第57図はポリプロピレン及びジ
オクチルフタレート重合体/液体系に対する融解
曲線及び晶出曲線を示し、本発明の範囲外である
系を示す。第58図は1℃/分の冷却及び加熱速
度で測定された、低分子量ポリエチレン及びジフ
エニルエーテル重合体/液体系に対する状態図を
示す。第59図は低分子量ポリエチレン及びジフ
エニルエーテル重合体/液体系に対する幾つかの
融解及び晶出曲線を示す。第60図は低分子量ポ
リスチレン及び1−ドデカノール重合体/液体系
に対するガラス遷移曲線を示し、第61図はポリ
メチルメタクリレートから作られた本発明の70%
ボイド微孔性細胞状構造体の5000倍の顕微鏡写真
であり、第62図はナイロン11及びテトラメチレ
ンスルホン重合体/液体系に対する融解及び晶出
曲線を示し、第63図はナイロン11から作られ
た、本発明の70%ボイド微孔性細胞状構造体の
2000倍の顕微鏡写真であり、第64図はポリカー
ボネートから作られた、本発明の70%ボイド微孔
性細胞状構造体の2000倍の顕微鏡写真であり、第
65図はポリフエニレンオキシドから作られた、
本発明の70%ボイド微孔性細胞状構造体の2000倍
の顕微鏡写真である。第66図及び第67図はポ
リプロピレンから作られた、本発明の、各々60%
ボイド及び75%ボイド、微孔性非細胞状構造体の
2000倍の顕微鏡写真である。第68図及び第69
図は各々本発明の範囲内の60%ボイド及び75%ボ
イド、非細胞状微孔性ポリプロピレン構造体の水
銀浸入曲線である。
第70図は特定の従来技術組成物と比較して本
発明の独特な微孔性細胞状構造体のグラフ表示で
ある。
FIG. 1 is a graph of temperature versus concentration for a hypothetical polymer-liquid system, showing binodial and spinodal curves and illustrating the concentration necessary to achieve a microporous polymer and practice the method of the invention. Figure 1A is a temperature versus concentration graph similar to that of Figure 1, but also includes a freezing point depression phase line;
Figure 2 is a 55x photomicrograph showing the macrostructure of the polypropylene microporous polymer of the present invention with a void volume of about 75%, and Figures 3 to 5 are 550x, 2200x and 220x, respectively. Figure 2 is a micrograph of the microporous polypropylene structure of Figure 2 at 5500x; Figures 6 through 10 are further magnifications of the microporous polypropylene structure at 1325x, 1550x, 1620x, 1450x, and 1250x, respectively; Figures 11 to 13 are micrographs of the structure in which the void space is reduced from 90% to 70%, 60%, 40% and 20%, respectively; 12 and 1 are micrographs of the microporous polypropylene structure of the invention at 2000x, 2050x, and 1950x, respectively, and the polypropylene content varies from the 10% by weight level of FIG.
Figure 3 shows the cell size decreasing as the microporous low density polyethylene structure of the present invention is increased by 20% and 30%, respectively; 14 and 15 show the macro- and microstructure of a microporous polymer containing 20% by weight polyethylene, and FIGS. 16 and 1
Figure 7 shows microstructures having 40% and 70% polyethylene, respectively; Figures 18 and 19 respectively show microporous high density polyethylene structures of the present invention.
2100x and 2000x micrographs and respectively
Figures 20 and 21 show structures of 30% and 70% polyethylene, respectively;
Figure 22 is a 2550x and 2575x photomicrograph of an SBR polymer and shows a homogeneous cellular structure; Figure 22 is a 2400x photomicrograph of a microporous methylpentene polymer; Figures 23 and 24. are 255x and 2550x micrographs of a microporous ethylene-acrylic acid copolymer, respectively; Figure 25 is a 2500x micrograph of a microporous polymer formed from a polyphenylene oxide-polystyrene blend. It is a photograph; the 26th
Figures are micrographs at 2050x magnification and illustrate a polystyrene microporous polymer; Figure 27 is a micrograph at 2000x magnification and illustrates a polyvinyl chloride microporous polymer; Figures 28 and 29 is a 2000x micrograph of a low density polyethylene microporous polymer showing partial masking of the basic structure by the "leaf" style structure; Figures 30 to 33 are microporous polypropylene structures of the present invention. Figures 34 to 40 are mercury penetration curves for "Celgard" and the narrow pore diameter distribution characteristic of the polymers of the present invention.
Polypropylene (Figure 34), “Amerase A20”
and “Amerase A30” polyvinyl chloride (Figures 35 and 36, respectively), “Porex” polypropylene (Figure 37), “Millipore BDWP29300” cellulose acetate (Figure 38), and “Gelman TCM”.
-200'' cellulose triacetate and ``Gelman Macropar WA'' acrylonitrile-polyvinyl chloride copolymer (Figures 39 and 40, respectively) are mercury intrusion curves of commercially available microporous products;
Figures 41 to 43 show polyethylene (Figure 41)
and Fig. 42) and polypropylene (Fig. 43)
Figure 4 is a mercury infiltration curve of a microporous structure made according to US Pat.
Figure 4 is a mercury infiltration curve for a polyethylene microporous material made according to US Pat. No. 3,310,505; Figures 45-46 are the mercury infiltration curves of a polyethylene microporous material made according to US Pat. No. 3,378,507 using injection molding technology. Figure 45 (240x) shows the macrostructure and Figure 46 (2400x) shows the microstructure: Figures 47-48 show Example 2 of U.S. Pat. No. 3,378,507 using compression molding technology.
Figure 47 (195) is a micrograph of a porous polyethylene product produced by reproducing the
) shows the macro structure and Figure 48 (2000
Figures 49 to 5 indicate microstructures;
Figure 0 uses injection molding technology to obtain US patent no.
Figure 49 (195x) shows the macrostructure and Figure 50 (2000x) shows the microstructure of a porous polypropylene product prepared by reproducing Example 2 of No. 3378507; Figures 51-52 are micrographs of porous polypropylene products made by reproducing Example 2 of U.S. Pat. No. 3,378,507 using compression molding techniques; Figure 51 (206x) shows the macrostructure and Figure 52 (2000x) shows the microstructure; and Figures 53-54
Figure 53 (205x magnification) shows the macrostructure and Figure 54 (200x (fold) indicates a microstructure. Figure 55 shows melting and crystallization curves for polypropylene and quinoline polymer/liquid systems. Figure 56 shows polypropylene and N,
Figure 2 shows a melting curve and some crystallization curves for the N-bis(2-hydroxyethyl)tallow-amine polymer/liquid system. Figure 57 shows melting and crystallization curves for polypropylene and dioctyl phthalate polymer/liquid systems, systems that are outside the scope of this invention. FIG. 58 shows a phase diagram for low molecular weight polyethylene and diphenyl ether polymer/liquid systems measured at cooling and heating rates of 1° C./min. Figure 59 shows several melting and crystallization curves for low molecular weight polyethylene and diphenyl ether polymer/liquid systems. Figure 60 shows the glass transition curves for low molecular weight polystyrene and 1-dodecanol polymer/liquid systems, and Figure 61 shows the 70% of the invention made from polymethyl methacrylate.
Figure 62 shows the melting and crystallization curves for the nylon 11 and tetramethylene sulfone polymer/liquid system; In addition, the 70% void microporous cellular structure of the present invention
Figure 64 is a 2000x photomicrograph of a 70% void microporous cellular structure of the present invention made from polycarbonate, and Figure 65 is a 2000x photomicrograph of a 70% void microporous cellular structure made from polycarbonate. was given,
1 is a 2000x micrograph of a 70% void microporous cellular structure of the present invention. Figures 66 and 67 are each 60% of the invention made from polypropylene.
Void and 75% void, microporous non-cellular structure
This is a 2000x magnification micrograph. Figures 68 and 69
The figures are mercury infiltration curves for 60% void and 75% void, non-cellular microporous polypropylene structures, respectively, within the scope of the present invention. FIG. 70 is a graphical representation of the unique microporous cellular structure of the present invention as compared to certain prior art compositions.
Claims (1)
及びそれらの混合物からなる群から選ばれた合成
熱可塑性重合体からなる等方性の微孔性重合体構
造体で、水銀浸入曲線の分析により決定して、水
銀の15%が浸透する圧力に対する水銀の85%が浸
透する圧力の比率として定義されるシヤープネス
関数(S)が1〜30で、構造体全体を通して実質
的に均一に分布した1〜20ミクロンの平均直径(C)
を有する実質的に球形の多数の細胞及び0.05〜1
ミクロンの平均孔径を有する非細胞状の多数の孔
を有し、隣接する細胞が、それより小さな径の孔
によつて内部連絡しており、上記平均細胞直径(C)
対平均孔径(P)の比が2:1〜200:1で、
logC/Pの値が0.2〜2.4であり、logS/Cの値が
−1.4〜1.0であることを特徴とする微孔性重合体
構造体。 2 シヤープネス関数が2〜20である特許請求の
範囲第1項に記載の微孔性重合体構造体。 3 シヤープネス関数が1〜10である特許請求の
範囲第1項又は第2項のいずれか1項に記載の微
孔性重合体構造体。 4 熱可塑性重合体がポリプロピレンである特許
請求の範囲第1項又は第2項のいずれか1項に記
載の微孔性重合体構造体。[Scope of Claims] 1. An isotropic microporous polymer structure made of a synthetic thermoplastic polymer selected from the group consisting of olefin polymers, condensation polymers, oxidized polymers, and mixtures thereof, The sharpness function (S), defined as the ratio of the pressure at which 85% of the mercury penetrates to the pressure at which 15% of the mercury penetrates, as determined by analysis of the penetration curve, is between 1 and 30 and substantially throughout the structure. Uniformly distributed average diameter (C) of 1-20 microns
a large number of substantially spherical cells with a 0.05 to 1
It has a large number of non-cellular pores with an average pore diameter of microns, and adjacent cells are interconnected by pores with a smaller diameter, and the average cell diameter (C) is
The ratio of average pore diameter (P) to average pore diameter (P) is 2:1 to 200:1,
A microporous polymer structure having a logC/P value of 0.2 to 2.4 and a logS/C value of -1.4 to 1.0. 2. The microporous polymer structure according to claim 1, which has a sharpness function of 2 to 20. 3. The microporous polymer structure according to claim 1 or 2, which has a sharpness function of 1 to 10. 4. The microporous polymer structure according to claim 1 or 2, wherein the thermoplastic polymer is polypropylene.
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